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              Linux 內核測試和調試(4)

              作者:admin 發表于:2014-08-26 點擊:978  保護視力色:

              自動測試工具

              這里列出一些能滿足不同需求的測試工具供你選擇。本小節只是簡單介紹個大概,并不提供詳細操作指南。

              AuToTest

              AuToTest 是一個全自動測試框架,存在的主要目的就是測試 Linux 內核,當然也可以用來測試其他東西,比如測試一塊新硬件是否能穩定工作。AuToTest 是開源軟件,以 GPL 方式授權,運行于 server-client 架構(即 C/S 架構)。你可以通過配置 server 端來對運行了 client 端的系統執行初始化、運行與監測工作,也可以自己在目標系統上讓 client 運行起來。另外你可以為這個測試框架添加測試用例,詳情請參考AuToTest 白皮書。

              Linaro Automated Validation Architecture

              LAVA 自動測試框架用于自動安裝于運行測試。舉個例子:你在 LAVA 里面只需運行幾個命令就可以跑 LTP(LCTT:Linux Test Project,中文是 Linux 測試計劃,SGI發起并由IBM負責維護,目的是為開源社區提供測試套件來驗證Linux的可靠性、健壯性和穩定性)。通過 LAVA 命令可以自動為你安裝 LTP 所需要的所有依賴包,下載源碼、編譯編碼、將 LTP 安裝到某個獨立的地方,方便卸載 LTP 時能移除所有二進制文件。安裝好 LTP 后,運行 LAVA 命令時添加 'ltp' 選項就可以運行 LTP 測試任務了,它會將測試結果以文件方式保存下來,文件名包含測試名稱、時間戳。這些測試結果可以留著供以后參考。這是個發現軟件退化(如果軟件退化了的話)的好方法。下面列出 LAVA 配合 LTP 使用的一些命令:

              顯示 LAVA 支持的測試列表:

              lava-test list-tests 
              

              安裝測試套件:

              lava-test install ltp 
              

              運行測試:

              lava-test run ltp 
              

              查看結果:

              lava-test results show ltp-timestamp.0 
              

              卸載測試套件:

              lava-test uninstall ltp 
              

              內核調試功能

              Linux 內核本身包含很多調試功能,比如 kmemcheck 和 kmemleak。

              kmemcheck

              kmemcheck 是一個動態檢查工具,可以檢測出一些未被初始化的內存(LCTT:內核態使用這些內存可能會造成系統崩潰)并發出警告。它的功能與 Valgrind 類似,只是 Valgrind 運行在用戶態,而 kmemchecke 運行在內核態。編譯內核時加上 CONFIG_KMEMCHECK 選項打開 kmemcheck 調試功能。你可以閱讀 Documentation/kmemcheck.txt 來學習如何配置使用這個功能,以及如何看懂調試結果。

              kmemleak

              kmemleak 通過類似于垃圾收集器的功能來檢測內核是否有內存泄漏問題。而 kmemleak 與垃圾收集器的不同之處在于前者不會釋放孤兒目標(LCTT:不會再被使用的、應該被釋放而沒被釋放的內存區域),而是將它們打印到 /sys/kernel/debug/kmemleak 文件中。用戶態的 Valgrind 也有一個類似的功能,使用 --leak-check 選項可以檢測并報錯內存泄漏問題,但并不釋放這個孤兒內存。編譯內核時使用 CONFIG_DEBUG_KMEMLEAK 選項打開 kmemcleak 調試功能。閱讀 Documentation/kmemleak.txt 來學習怎么使用這個工具并讀懂調試結果。

              內核調試接口

              Linux 內核通過配置選項、調試用的 API、接口和框架來支持動態或靜態的調試。我們現在就好好學習學習這些牛逼的功能,從靜態編譯選項開始講。

              調試配置選項:靜態編譯

              大部分 Linux 內核以及內核模塊都包含調試選項,你只要在編譯內核或內核模塊的時候添加這個靜態調試選項,程序運行時后就會產生調試信息,并記錄在 dmesg 緩存中。

              調試的 API

              調試 API 的一個很好的例子是 DMA-debug,用來調試驅動是否錯誤使用了 DMA 提供的 API。它會跟蹤每個設備的映射關系,檢測程序有沒有試圖為一些根本不存在的映射執行“取消映射”操作,檢測代碼建立 DMA 映射后可能產生的“映射丟失”的錯誤。內核配置選項 CONFIG_HAVE_DMA_APT_DEBUG 和 CONFIG_DMA_API_DEBUG 可以為內核提供這個功能。其中,CONFIG_DMA_API_DEBUG 選項啟用后,內核調用 DMA 的 API 的同時也會調用 Debug-dma 接口。舉例來說,當一個驅動調用 dma_map_page() 函數來映射一個 DMA 緩存時,dma_map_page() 會調用debug_dma_map_page() 函數來跟蹤這個緩存,直到驅動調用 dma_unmap_page() 來取消映射。詳細內容請參考使用 DMA 調試 API 檢測潛在的數據污染和內存泄漏問題。

              動態調試

              動態調試功能就是你可以決定在程序運行過程中是否要 pr_debug(), dev_dbg(), print_hex_dump_debug(), print_hex_dump_bytes() 這些函數正常運行起來。什么意思?當程序運行過程中出現錯誤時,你可以指定程序打印有針對性的、詳細的調試信息。這功能牛逼極了,我們不再需要為了添加調試代碼定位一個問題,而重新編譯安裝內核。你可以指定 CONDIF_DYNAMIC_DEBUG 選項打開動態調試功能,然后通過 /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control 接口指定要打印哪些調試日志。下面分別列出代碼級別和模塊級別打印日志的操作方法:

              讓 kernel/power/suspend.c 源碼第340行的 pr_debug() 函數打印日志:

              echo 'file suspend.c line 340 +p' > /sys/kernel/debug/dynamic_debug/control
              

              讓內核模塊在加載過程中打開動態調試功能:

              使用 modprobe 命令加在模塊時加上 dyndbg='plmft' 選項。

              讓內核模塊的動態調試功能在重啟后依然有效:

              編輯 /etc/modprobe.d/modname.conf 文件(沒有這個文件就創建一個),添加 dyndbg='plmft' 選項。然而對于哪些通過 initramfs 加載的驅動來說,這個配置基本無效(LCTT:免費奉送點比較高級的知識哈。系統啟動時,需要先讓 initramfs 掛載一個虛擬的文件系統,然后再掛載啟動盤上的真實文件系統。這個虛擬文件系統里面的文件是 initramfs 自己提供的,也就是說你在真實的文件系統下面配置了 /etc/modprobe.d/modname.conf 這個文件,initramfs 是壓根不去理會的。站在內核驅動的角度看:如果內核驅動在 initramfs 過程中被加載到內核,這個驅動讀取到的 /etc/modprobe.d/modname.conf 是 initramfs 提供的,而不是你編輯的那個。所以會有上述“寫了配置文件后重啟依然無效”的結論)。對于這種刁民,呃,刁驅動,我們需要修改 grub 配置文件,在 kernel 那一行添加 module.dyndbg='plmft' 參數,這樣你的驅動就可以開機啟動動態調試功能了。

              想打印更詳細的調試信息,可以使用 dynamic_debug.verbose=1 選項。參考 Documentation/dynamic-debug-howto.txt 文件獲取更多信息。

              設置追蹤點

              到目前為止,我們介紹了多種動態和靜態調試方法。靜態調試選項和靜態調試鉤子函數(比如 DMA Debug API)需要的編譯過程打開或關閉,導致了一個難過的事實:需要重新編譯安裝內核。而動態編譯功能省去了“重新編譯”這件麻煩事,但是也有不足的地方,就是調試代碼引入了條件變量,用于判斷是否打印調試信息。這種方法可以讓你在程序運行時決定是否打印日志,但需要執行額外的判斷過程。“追蹤點”代碼只會在程序運行過程中使用“追蹤點”功能才會被觸發。也就是說,“追蹤點”代碼與上述說的兩種方法都不一樣。當用不到它時,它不會運行(LCTT:動態調試的話,代碼每次都需要查看下變量,然后判斷是否需要打印日志;而“追蹤點”貌似利用某種觸發機制,不需要每次都去查看變量)。當你需要用到它時,程序的代碼會把“追蹤點”代碼包含進去。它不會添加任何條件變量來增加系統的運行負擔。

              詳細信息請參考布置追蹤代碼的小技巧。

              “追蹤點”的原理

              追蹤點使用“跳躍標簽”,這是一種使用分支跳轉的編碼修正(code modification)技術。

              當關閉追蹤點的時候,其偽代碼看起來時這樣的:

              [ code1 ]
              nop
              back:
              [ code2 ]
              return;
              tracepoint:
              [ tracepoint code ]
              jmp back;
              

              當打開追蹤點的時候,其偽代碼看起來時這樣的:(注意追蹤點代碼出現的位置)

              [ code1 ]
              jmp tracepoint
              back:
              [ code2 ]
              return;
              tracepoint:
              [ tracepoint code ]
              jmp back;
              

              (LCTT:咳咳,解釋解釋上面兩段偽代碼吧,能看懂的大神請忽略這段注釋。不使用追蹤點時,代碼運行過程是:code1->code2->return結束;使用追蹤點時,代碼運行過程是:code1->跳到tracepoint code執行調試代碼->跳回code2->return結束。兩段代碼的唯一區別就是第二行,前者為 nop(不做任何操作),后者為 jmp tracepoint (跳到調試代碼)。)

              Linux 電源管理子系統的測試

              使用靜態調試、動態調試和追蹤調試技術,我們來跑一下磁盤的電源管理測試。當系統被掛起時,內核會為磁盤創建一個休眠鏡像,使磁盤進入休眠模式,當系統重新被喚醒時,內核又利用這個休眠鏡像重新喚醒磁盤。

              設置掛起設備與喚醒設備需要的時間:

              echo 1 > /sys/power/pm_print_times
              

              以 reboot 模式掛起磁盤:

              echo reboot > /sys/power/disk
              echo disk > /sys/power/state
              

              以 shutdown 模式掛起磁盤 —— 與 reboot 模式一樣,只是重新喚醒磁盤的話還需要電源提供。

              echo shutdown > /sys/power/disk
              echo disk > /sys/power/state
              

              以 platform 模式掛起磁盤 —— 能測試更多內容,比如 BIOS 掛起和喚醒,會涉及到 ACPI 功能。我們推薦你使用這種方式,把 BIOS 也拉下水陪你玩掛起和喚醒游戲。

              echo platform > /sys/power/disk
              echo disk > /sys/power/state
              

              via:http://www.linuxjournal.com/content/linux-kernel-testing-and-debugging?page=0,3

              譯者:bazz2 校對:校對者ID

              本文由 LCTT 原創翻譯,Linux中國 榮譽推出

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