docs/howtos/HowToDebugVKernels/index.mdwn

   1 # Introduction
   2 The purpose of this document is to introduce the reader with vkernel debugging.
   3 The vkernel architecture allows us to run DragonFly kernels in userland. These virtual
   4 kernels can be paniced or otherwise abused, without affecting the host operating system.
   5
   6 To make things a bit more interesting, we will use a real life example.
   7
   8 # Once upon a time
   9 ... I wrote a simple program that used the AIO interface. As it turned out we don't support
  10 this feature, but at that point I didn't know.
  11
  12     [beket@sadness ~]$ gcc t_aio.c -o t_aio -Wall -ansi -pedantic
  13     [beket@sadness ~]$ ./t_aio
  14     aio_read: Function not implemented
  15     [beket@sadness ~]$
  16
  17 Ktrace'ing the process and seeing with my own eyes what was going on, seemed like a good idea.
  18 Here comes the fun. I misread the ktrace(1) man page and typed:
  19
  20     [beket@sadness ~]$ ktrace -c ./t_aio
  21
  22 And the system hang.
  23 (My intention was to track the system calls of t_aio.)
  24
  25 # Setup a vkernel
  26 To setup a vkernel, please consult this [man page](http://leaf.dragonflybsd.org/cgi/web-man?command=vkernel&section=ANY).
  27 It's very straightforward.
  28
  29 # Reproduce the problem
  30 We boot into our vkernel:
  31
  32     # cd /var/kernel
  33     # ./boot/kernel -m 64m -r rootimg.01 -I auto:bridge0
  34     [...]
  35     login: root
  36     #
  37 And then try to reproduce the system freeze:
  38
  39     # ktrace -c ./t_aio
  40
  41     Fatal trap 12: page fault while in kernel mode
  42     mp_lock = 00000001; cpuid = 1
  43     fault virtual address   = 0x0
  44     fault code              = supervisor read, page not present
  45     instruction pointer     = 0x1f:0x80aca52
  46     stack pointer           = 0x10:0x5709d914
  47     frame pointer           = 0x10:0x5709dbe0
  48     processor eflags        = interrupt enabled, resume, IOPL = 0
  49     current process         = 692 (ktrace)
  50     current thread          = pri 6
  51      <- SMP: XXX
  52     kernel: type 12 trap, code=4
  53
  54     CPU1 stopping CPUs: 0x00000001
  55      stopped
  56     Stopped at      0x80aca52:      movl    0(%eax),%eax
  57     db>
  58
  59 This db> prompt is from ddb(4), the interactive kernel debugger.
  60 The
  61
  62     fault virtual address   = 0x0
  63
  64 field is indicative of a NULL pointer dereference inside the kernel.
  65
  66 Let's get a trace of what went wrong:
  67
  68     db> trace
  69     ktrdestroy(57082700,5709dc5c,0,57082700,5709dca0) at 0x80aca52
  70     allproc_scan(80aca14,5709dc5c,be,2,0) at 0x80b2e91
  71     sys_ktrace(5709dca0,6,0,0,57082700) at 0x80acffe
  72     syscall2(5709dd40,6,57082700,0,0) at 0x8214b6d
  73     user_trap(5709dd40,570940e8,8214185,0,8215462) at 0x8214d9c
  74     go_user(5709dd38,0,0,7b,0) at 0x82151ac
  75     db>
  76
  77 # Gdb
  78 Quoting from vkernel(7):
  79
  80 It is possible to directly gdb the virtual kernel's process.  It is recommended that you do a `handle SIGSEGV noprint' to ignore page faults processed by the virtual kernel itself and `handle SIGUSR1 noprint' to ignore signals used for simulating inter-processor interrupts (SMP build only).
  81
  82 You can add these two commands in my ~/.gdbinit to save yourself from typing them again and again.
  83
  84     [beket@sadness ~]$ cat ~/.gdbinit
  85     handle SIGSEGV noprint
  86     handle SIGUSR1 noprint
  87
  88 So we are going to attach to the vkernel process:
  89
  90     # ps aux | grep kernel
  91     root  25408  0.0  2.3 1053376 17772  p0  IL+   8:32PM   0:06.51 ./boot/kernel -m 64m -r rootimg.01 -I auto:bridge0
  92     # gdb kernel 25408
  93     GNU gdb 6.7.1
  94     [...]
  95
  96 Let's get a trace from inside gdb:
  97
  98     (gdb) bt
  99     #0  0x282d4c10 in sigsuspend () from /usr/lib/libc.so.6
 100     #1  0x28287eb2 in sigsuspend () from /usr/lib/libthread_xu.so.2
 101     #2  0x0821530a in stopsig (nada=24, info=0x40407d2c, ctxp=0x40407a4c) at /usr/src/sys/platform/vkernel/i386/exception.c:112
 102     #3  <signal handler called>
 103     #4  0x282d4690 in umtx_sleep () from /usr/lib/libc.so.6
 104     #5  0x08213bde in cpu_idle () at /usr/src/sys/platform/vkernel/i386/cpu_regs.c:722
 105     #6  0x00000000 in ?? ()
 106    (gdb)
 107
 108 Why does it differ from the ddb's trace ?
 109 Well, when the vkernel is sitting at a db> prompt all vkernel threads representing virtual cpu's except the one handling the db> prompt itself will be suspended in stopsig(). The backtrace only sees one of the N threads.
 110
 111 We need to do better this time. Let's break into the kernel _before_ it crashes. sys_ktrace() seems like a good candidate.
 112
 113     # gdb kernel 25532
 114     GNU gdb 6.7.1
 115     [...]
 116     (gdb) break sys_ktrace
 117     Breakpoint 1 at 0x80acf43: file ./machine/thread.h, line 83.
 118     (gdb)
 119
 120 Next we type 'c' in the gdb prompt to resume vkernel execution:
 121
 122     (gdb) c
 123     Continuing.
 124
 125 Now we go to our vkernel and type the offending command:
 126
 127     # ktrace -c
 128
 129 Gdb stops the execution of vkernel and a message pops up in gdb buffer:
 130
 131     Breakpoint 1, sys_ktrace (uap=0x573e2ca0) at ./machine/thread.h:83
 132     83          __asm ("movl %%fs:globaldata,%0" : "=r" (gd) : "m"(__mycpu__dummy));
 133     (gdb)
 134
 135 We navigate through source code with the 'step' and 'next' gdb commands. They are identical, except that 'step' follows function calls. When we meet this call:
 136
 137     276                     allproc_scan(ktrace_clear_callback, &info);
 138
 139 we 'step' inside it. alloproc_scan() iterates through the process list and applies the ktrace_clear_callback() to each one of them.
 140 Later we see this:
 141
 142     347                     if (p->p_tracenode->kn_vp == info->tracenode->kn_vp) {
 143
 144 Here p is a pointer to the current process:
 145
 146     (gdb) print p
 147     $1 = (struct proc *) 0x57098c00
 148
 149 Let's see if this process is traced:
 150
 151     (gdb) print p->p_tracenode
 152     $2 = (struct ktrace_node *) 0x0
 153     (gdb)
 154
 155 Oops. There is no trace to a vnode for this process. The code will try to access p->p_tracenode and crash. This is the zero virtual address we saw before.