内核转储是怎么设置的？

简介

当程序运行的过程中异常终止或崩溃，操作系统会将程序当时的内存状态记录下来，保存在一个文件中，这种行为就叫做 Core Dump（中文有的翻译成“核心转储”)。

我们可以认为 core dump 是“内存快照”，但实际上，除了内存信息之外，还有些关键的程序运行状态也会同时 dump 下来，例如寄存器信息（包括程序指针、栈指针等）、内存管理信息、其他处理器和操作系统状态和信息。

core dump 对于编程人员诊断和调试程序是非常有帮助的，因为对于有些程序错误是很难重现的，例如指针异常，而 core dump 文件可以再现程序出错时的情景。

核心转储如何产生

上面说当程序运行过程中异常终止或崩溃时会发生 core dump，但还没说到什么具体的情景程序会发生异常终止或崩溃。

例如我们使用 kill -9 命令杀死一个进程会发生 core dump 吗？实验证明是不能的，那么什么情况会产生呢？

Linux 中信号是一种异步事件处理的机制，每种信号都有其对应的默认操作，你可以在 signal(7) 查看 Linux 系统提供的信号以及默认处理。

默认操作主要包括：终止进程（Term）、忽略该信号（Ing）、终止进程并发生核心转储（Core）、暂停进程（Stop）、继续运行被暂停的进程（Cont）。

如果我们信号均是采用默认操作，那么，以下列出的几种信号，它们在发生时会产生 core dump：

Signal	Action	Comment	说明
SIGABRT	Core	Abort signal from abort	来自abort的终止信号
SIGBUS	Core	Bus error (bad memory access)	总线错误（内存访问错误）
SIGFPE	Core	Floating-point exception	浮点异常
SIGILL	Core	Illegal Instruction	非法指令
SIGIOT	Core	IOT trap. A synonym for SIGABRT	物联网陷阱。SIGABRT 的同义词
SIGQUIT	Core	Quit from keyboard	从键盘退出
SIGSEGV	Core	Invalid memory reference	无效的内存引用
SIGSYS	Core	Bad system call (SVr4)	错误的系统调用
SIGTRAP	Core	Trace/breakpoint trap	跟踪/断点陷阱
SIGUNUSED	Core	Synonymous with SIGSYS	SIGSYS 的同义词
SIGXCPU	Core	CPU time limit exceeded (4.2BSD)	超出 CPU 时间限制
SIGXFSZ	Core	File size limit exceeded (4.2BSD)	超出文件大小限制

这就是为什么我们使用 Ctrl+z 来挂起一个进程或者 Ctrl+C 结束一个进程均不会产生 core dump。

因为前者会向进程发出 SIGTSTP 信号，该信号的默认操作为暂停进程（Stop Process）；后者会向进程发出SIGINT 信号，该信号默认操作为终止进程（Terminate Process）。

同样，上面提到的 kill -9 命令会发出 SIGKILL 命令，该命令默认为终止进程。而如果我们使用 Ctrl+\\ 来终止一个进程，会向进程发出 SIGQUIT 信号，默认是会产生 core dump 的。

还有其它情景会产生 core dump， 如：程序调用 abort() 函数、访存错误、非法指令等等。

不会生成core dump文件的情况

• 进程没有写入核心文件的权限。（默认情况下，核心文件称为 core 或 core.pid，其中 pid 是转储核心的进程的 ID，并在当前工作目录中创建。有关命名的详细信息，请参见下文。）如果出现以下情况，则写入核心文件失败：要创建的目录不可写，或者如果存在同名文件且不可写或不是常规文件（例如，它是目录或符号链接）。
• 一个（可写的、常规的）文件与用于核心转储的同名文件已经存在，但有多个硬链接到该文件。
• 将创建核心转储文件的文件系统已满；或已用完 inode；或以只读方式安装；或者用户已达到文件系统的配额。
• 要创建核心转储文件的目录不存在。
• 进程的 RLIMIT_CORE（核心文件大小）或 RLIMIT_FSIZE（文件大小）资源限制设置为零；请参阅 getrlimit(2) 和 shell 的 ulimit 命令的文档（csh(1) 中的限制）。
• 进程正在执行的二进制文件没有启用读取权限。（这是一种安全措施，可确保内容不可读的可执行文件不会产生可能可读的核心转储，其中包含可执行文件的映像。）
• 进程正在执行一个set-user-ID（set-group-ID）程序，该程序被除进程的真实用户（组）ID之外的用户（组）拥有，或者进程正在执行具有文件能力（capabilities）的程序（请参阅 capabilities(7)）。（但是，请参阅 prctl(2) PR_SET_DUMPABLE 操作的说明，以及 proc(5) 中 /proc/sys/fs/suid_dumpable 文件的说明）
• /proc/sys/kernel/core_pattern 为空且 /proc/sys/kernel/core_uses_pid 包含值 0。请注意，如果 /proc/sys/kernel/core_pattern 为空且 /proc/ sys/kernel/core_uses_pid 包含值 1，核心转储文件将具有 .pid 形式的名称，除非使用 ls(1) -a 选项，否则此类文件将被隐藏。
• （自 Linux 3.7 起）内核配置时没有配置 CONFIG_COREDUMP 选项。

此外，如果使用了 madvise(2) MADV_DONTDUMP 标志，则核心转储可能会排除进程的部分地址空间。

启用内核转储

使用ulimit命令可以查看当前的内核转储功能是否生效。-c表示内核转储文件的大小限制，0表示内核转储无效。

root@firefly:~# ulimit -c
0

使用以下命令即可开启内核转储功能，unlimited表示不限制core文件的大小。

root@firefly:~# ulimit -c unlimited
root@firefly:~# ulimit -c
unlimited

在服务器上交叉编译一个测试程序，确认内核转储是否生效。

#include 
  
int main(void)
{
 int *a=NULL;
 *a=0x1;
 return 0;
}

aarch64-linux-gnu-gcc -g test.c -o test

将生成的可执行程序拷贝到开发板上。

root@firefly:~/code# ./test 
Segmentation fault (core dumped)
root@firefly:~/code# ls
core  test
root@firefly:~/code# file core 
core: ELF 64-bit LSB core file, ARM aarch64, version 1 (SYSV), SVR4-style, from './test', real uid: 0, effective uid: 0, real gid: 0, effective gid: 0, execfn: './test', platform: 'aarch64'

将core文件拷贝到服务器上，可以使用以下命令解core文件

➜  mnt sudo aarch64-linux-gnu-gdb  test core
.....

GNU gdb (Linaro_GDB-2017.05) 7.12.1.20170417-git
......
warning: Could not load shared library symbols for 2 libraries, e.g. /lib/aarch64-linux-gnu/libc.so.6.
Use the "info sharedlibrary" command to see the complete listing.
Do you need "set solib-search-path" or "set sysroot"?
Core was generated by `./test'.
Program terminated with signal SIGSEGV, Segmentation fault.
#0  0x00000055815836f4 in main () at test.c:6
6       *a=0x1;
(gdb) l 6
1       #include h>
2
3       int main(void)
4       {
5       int *a=NULL;
6       *a=0x1;
7       return 0;
8       }
(gdb)

可以看到，在GDB启动后，已经打印出test.c的第6行收到了SIGSEGV信号，产生了段错误。使用list命令可以查看附近的源代码。

在专用目录生成内核转储

core文件默认会在当前目录生成，大多数时候，我们希望固定core文件的生成位置。

内核转储保存位置可以通过sysctl变量kernel.core_pattern设置。例如，在/etc/sysctl.conf中做如下设置。

root@firefly:~# vim /etc/sysctl.conf

#在末尾追加以下两行
kernel.core_pattern = /root/core/%t-%e-%p-%c.core
kernel.core_uses_pid = 0

#使配置生效
root@firefly:~# sysctl -p
kernel.core_pattern = /root/core/%t-%e-%p-%c.core
kernel.core_uses_pid = 0

在该状态下执行test测试程序，就会在/root/core/下生成内核转储文件。

root@firefly:~/mnt# ./test
Segmentation fault (core dumped)
root@firefly:~/mnt# ls /root/core/
1664718591-test-2699-18446744073709551615.core

kernel.core_pattern 中可以设置的格式符如下

格式符	说明
%%	% 字符本身
%p	被转储进程的进程 ID（PID）
%u	被转储进程的真实用户 ID（real UID）
%g	被转储进程的真实组 ID（real GID）
%s	引发转储的信号编号
%t	转储时刻（从 1970/1/1 0:00 开始的秒数）
%h	主机名（同 uname(2) 返回的 nodename）
%e	可执行文件名
%c	转储文件的大小上限（内核版本 2.6.24 后可用）

压缩转储文件

kernel.core_pattern也支持管道，可以在kernel.core_pattern 后加入管道符自动压缩内核转储文件。

vim /etc/sysctl.conf
kernel.core_pattern = |/usr/local/sbin/core_helper %t %e %p %c
kernel.core_uses_pid = 0
sysctl -p

core_helper内容如下

#!/bin/sh
exec gzip -> /root/core/$1-$2-$3-$4.core.gz

加上可执行权限

chmod 777 /usr/local/sbin/core_helper

这样，发生内核转储时，就会在/root/core下生成压缩的转储文件。

root@firefly:~/mnt# ./test 
Segmentation fault (core dumped)
root@firefly:~/mnt# ls /root/core/
1664720072-test-2723-18446744073709551615.core.gz
root@firefly:~/mnt#

启用整个系统的内核转储功能

在终端通过命令行只是临时修改，重启后无效 ，要想永久修改有三种方式：

1. 在/etc/rc.local 中增加一行 ulimit -c unlimited
2. 在/etc/security/limits.conf最后增加如下两行记录：

@root soft core unlimited
@root hard core unlimited

利用内核转储掩码排除共享内存

大型应用程序，通常会跑多个进程。如果所有进程的共享内存全部转存储的话，会对磁盘造成压力，转储过程也会加重系统的负担，甚至会由于转储时间过长导致服务停止时间过长。

由于共享内存的进程中，共享内存的内容是相同的，所以可以只在某个进程中转储共享内存，无需全部转储。

bit 0 转储匿名私有映射。
bit 1 转储匿名共享映射。
bit 2 转储文件支持的私有映射。
bit 3 转储文件支持的共享映射。
bit 4（自 Linux 2.6.24 起）转储 ELF 标头。
bit 5（自 Linux 2.6.28 起）转储私有大页面。
bit 6 (自 Linux 2.6.28) 转储共享大页面。
bit 7（自 Linux 4.4 起）转储私有 DAX 页面。
bit 8（自 Linux 4.4 起）转储共享 DAX 页面。

通过coredump_filter的内容可以查看设置情况

cat /proc//coredump_filter

如果要跳过所有共享内存区域，应将掩码值设置为1.