Linux 驱动模块稳定性检测框架 - 概要设计
Linux 驱动模块稳定性检测框架
1. 设计目标
- 实时监控：检测 Linux 设备驱动模块运行状态，及时发现异常。
- 数据采集：通过内核打点，收集关键运行数据，分析模块稳定性。
- 异常检测：分析错误日志、性能指标，发现潜在问题。
- 远程上报：将数据上报到用户态或远程服务器，进行长期分析。
- 可扩展性：支持不同设备和驱动模块的定制化监控。
2. 系统架构
该框架主要包括 内核驱动监控层、数据收集与存储层、用户态分析与上报层。
2.1 内核驱动监控层
监控点（打点）
- 关键函数入口/出口（如
probe/remove、open/close、read/write、ioctl、suspend/resume）。 - 关键路径错误检测（如
-EIO、-ENOMEM）。 - 性能数据（执行时间、队列长度）。
- 资源状态（内存使用、设备寄存器状态）。
- 设备故障（错误恢复计数、CRC校验失败、超时检测）。
日志收集
tracepoints/ftrace：用于关键路径的性能分析。kprobes/eBPF：支持无侵入式数据收集。printk/dev_err：用于调试和错误日志存储。pstore：持久化关键错误日志。
2.2 数据收集与存储层
内核缓冲区
relayfs：高效存储大量调试信息。tracefs：内核事件跟踪。pstore：存储崩溃前的关键信息。
用户态数据接口
procfs/sysfs/debugfs：暴露设备状态。netlink：用于高效数据传输。shared memory (shm)：用户态快速访问。
2.3 用户态分析与上报层
本地分析
- 统计异常率（错误日志、超时）。
- 计算性能趋势（平均延迟、抖动）。
- 资源消耗分析（内存泄漏、CPU占用）。
远程上报
MQTT/HTTP/gRPC：向服务器发送设备健康数据。syslog：本地日志记录并同步到日志服务器。- 结合
Prometheus+Grafana可视化监控设备健康状况。
3. 关键模块设计
| 模块 | 主要功能 | 说明 |
|---|---|---|
| 监控点管理 | 采集内核关键函数调用 | 通过 tracepoints / kprobes 监控驱动行为 |
| 异常检测 | 发现设备异常 | 统计错误码，监测超时、资源不足 |
| 数据存储 | 记录运行数据 | 使用 relayfs / pstore / tracefs |
| 数据传输 | 发送监控数据 | netlink / sysfs / MQTT |
| 分析与可视化 | 监测趋势，生成报告 | Prometheus / Grafana 展示驱动健康状况 |
4. 预期实现
1. 基础打点
- 通过
tracepoints监控read/write/ioctl调用。 - 通过
pstore记录关键错误信息。
2. 用户态数据分析
- 编写
userspace daemon读取sysfs/netlink数据，统计异常率。
3. 远程监控
MQTT上报设备健康数据到远程服务器。Grafana可视化展示设备健康状态。
该框架结合 tracepoints、kprobes、eBPF、pstore 实现高效的驱动监控，后续可以细化具体的实现方式和代码示例。