[Linux]学习笔记系列 -- [kernel][lock]debug_locks

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title: debug_locks
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  abbrlink: a3bbff77
  date: 2025-10-03 09:01:49

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https://github.com/wdfk-prog/linux-study

debug_locks

• 各种锁的常用调试工具的通用位置： 自旋锁、rwlocks、mutex 和 rwsems。

debug_locks 的介绍

debug_locks 是 Linux 内核中用于调试各种锁（如自旋锁、自读写锁、互斥锁和读写信号量）的工具。它提供了一种机制，用于检测锁的使用错误，并在发现问题时记录或报告相关信息。

特点

• 全局控制：通过全局标志 debug_locks，可以一次性启用或禁用所有锁的调试功能。
• 静默模式：支持通过 debug_locks_silent 实现“静默失败”，即在检测到锁错误时不打印任何信息到控制台。
• 原子操作：使用 xchg 等原子操作确保在多线程环境中安全地切换调试状态。
• 减少噪声：在检测到第一个锁错误后，可以关闭后续的调试输出，避免日志被大量错误信息淹没。

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使用场景

1. 锁错误检测：

   • 在开发和调试阶段，用于检测锁的使用错误，例如死锁、锁未正确释放等问题。
   • 适用于调试自旋锁（spinlock）、读写锁（rwlock）、互斥锁（mutex）和读写信号量（rwsem）等。

2. 内核模块开发：

   • 在开发内核模块时，debug_locks 可以帮助开发者快速发现锁的使用问题，避免潜在的竞争条件或死锁。

3. 内核稳定性测试：

   • 在运行内核测试套件时，debug_locks 可以捕获锁相关的错误，确保内核的稳定性和可靠性。

4. 生产环境问题排查：

   • 在生产环境中，可以通过静默模式（debug_locks_silent）记录锁错误，而不会干扰系统的正常运行。

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工作原理

1. 全局标志控制

• debug_locks：
  • 全局变量，初始值为 1，表示锁调试功能启用。
  • 当检测到锁错误时，可以通过 debug_locks_off() 将其设置为 0，关闭后续的调试功能。
• debug_locks_silent：
  • 全局变量，表示是否启用静默模式。如果启用，锁错误不会打印到控制台。

2. 锁调试关闭函数

static __always_inline int __debug_locks_off(void)
{return xchg(&debug_locks, 0);
}

• 使用 xchg 原子操作将 debug_locks 设置为 0，确保在多线程环境中安全地关闭调试功能。
• 返回原来的值，用于判断调试功能是否已经关闭。

3. 锁错误检测

#define DEBUG_LOCKS_WARN_ON(c)						\
({									\int __ret = 0;							\\if (!oops_in_progress && unlikely(c)) {			\instrumentation_begin();				\if (debug_locks_off() && !debug_locks_silent)		\WARN(1, "DEBUG_LOCKS_WARN_ON(%s)", #c);		\instrumentation_end();					\__ret = 1;						\}								\__ret;								\
})

• 条件检测：
  • 如果全局变量 oops_in_progress 为 0（表示当前没有内核错误正在处理），并且条件 c 为真，则触发锁错误检测。
• 关闭调试功能：
  • 调用 debug_locks_off() 关闭调试功能，避免后续错误产生大量日志。
• 打印警告：
  • 如果未启用静默模式（debug_locks_silent 为 0），通过 WARN 宏打印锁错误信息。
• 插桩支持：
  • 使用 instrumentation_begin() 和 instrumentation_end() 包裹调试代码，支持性能分析和跟踪。

4. 锁调试关闭的通用函数

int debug_locks_off(void)
{if (debug_locks && __debug_locks_off()) {if (!debug_locks_silent) {console_verbose();return 1;}}return 0;
}

• 检查 debug_locks 是否启用，如果启用则关闭调试功能。
• 如果未启用静默模式，调用 console_verbose() 打印详细信息。

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总结

• debug_locks 是 Linux 内核中用于调试锁使用问题的重要工具，适用于开发、测试和生产环境。
• 全局控制 和 静默模式 提供了灵活的调试选项，既可以捕获锁错误，又能避免过多的日志输出。
• 原子操作 和 插桩支持 确保了调试功能的安全性和性能。
• 通过 DEBUG_LOCKS_WARN_ON 等宏，可以快速检测锁的使用错误，并在必要时关闭调试功能，避免日志噪声。

lib/debug_locks.c

• xchg: xchg 的主要功能是以原子方式交换两个变量的值。原子操作意味着该操作在执行过程中不会被中断，因此在多线程环境中是线程安全的。

static __always_inline int __debug_locks_off(void)
{return xchg(&debug_locks, 0);
}
/** 我们希望通过一个全局标志一次性打开/关闭所有锁调试工具。* 原因在于，一旦发现并报告了一个bug，就可能会有一连串的后续bug，这只会把日志弄得一团糟。所以我们报了第一个，之后就闭嘴。*/
int debug_locks __read_mostly = 1;
EXPORT_SYMBOL_GPL(debug_locks);/** lock -testsuite使用<debug_locks_silent>来得到一个“静默失败”：当检测到锁定错误时，没有任何东西打印到控制台。*/
int debug_locks_silent __read_mostly;
EXPORT_SYMBOL_GPL(debug_locks_silent);/** Generic 'turn off all lock debugging' function:*/
int debug_locks_off(void)
{if (debug_locks && __debug_locks_off()) {if (!debug_locks_silent) {console_verbose();return 1;}}return 0;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(debug_locks_off);

include/linux/debug_locks.h

DEBUG_LOCKS_WARN_ON

#define DEBUG_LOCKS_WARN_ON(c)						\
({									\int __ret = 0;							\\if (!oops_in_progress //全局变量.用于指示当前是否正在处理内核 "oops"（内核错误）。&& unlikely(c)) {				\instrumentation_begin();				\   //插桩开始if (debug_locks_off() && !debug_locks_silent)		\WARN(1, "DEBUG_LOCKS_WARN_ON(%s)", #c);		\instrumentation_end();					\   //插桩结束__ret = 1;						\}								\__ret;								\
})