EXT4文件系统问题-多线程往TF卡写MP4文件后sync卡住问题分析-已解决

本文主要是介绍EXT4文件系统问题-多线程往TF卡写MP4文件后sync卡住问题分析-已解决,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

问题

多线程录制摄像头视频文件16MB,录制完成后关闭文件描述符,发送sync进行系统调用,在多线程情况下,TF卡空闲容量小于1.5GB后会出现大概率的线程在sync卡住,导致线程进行D状态。

线程卡住后的堆栈信息:

[<c00756ec>] sleep_on_page+0x8/0x10
[<c007551c>] wait_on_page_bit+0xb4/0xbc
[<c0075648>] filemap_fdatawait_range+0xd4/0x130
[<c00756dc>] filemap_fdatawait+0x38/0x40
[<c00c0744>] sync_inodes_sb+0x108/0x13c
[<c00a3da8>] iterate_supers+0xa4/0xec
[<c00c43ac>] sys_sync+0x34/0x9c
[<c0012e40>] ret_fast_syscall+0x0/0x30
[<ffffffff>] 0xffffffff

内核

问题内核版本:linux-3.10.y(下面代码在linux-4.1.27中分析)

代码

Linux2.6.18内核版本后,改为了使用SYSCALL_DEFINEx来定义系统调用,但本质上还是sys_xxx的模式。后面的x表示参数个数,如sync系统调用:

SYSCALL_DEFINE0(sync) Sync everything
SYSCALL_DEFINE1(syncfs, int, fd) sync a single super
SYSCALL_DEFINE1(fsync, unsigned int, fd)
SYSCALL_DEFINE1(fdatasync, unsigned int, fd)
SYSCALL_DEFINE4(sync_file_range, int, fd, loff_t, offset, loff_t, nbytes,unsigned int, flags)

sync系统调用函数实现:fs/sync.c

SYSCALL_DEFINE0(sync)
{int nowait = 0, wait = 1;wakeup_flusher_threads(0, WB_REASON_SYNC);iterate_supers(sync_inodes_one_sb, NULL); 调用这里iterate_supers(sync_fs_one_sb, &nowait);iterate_supers(sync_fs_one_sb, &wait);iterate_bdevs(fdatawrite_one_bdev, NULL);iterate_bdevs(fdatawait_one_bdev, NULL);if (unlikely(laptop_mode))laptop_sync_completion();return 0;
}

根据堆栈信息,继续分析函数调用:

static void sync_inodes_one_sb(struct super_block *sb, void *arg)
{if (!(sb->s_flags & MS_RDONLY)) 检查文件系统是否挂载为只读,只读就不用sync了sync_inodes_sb(sb);
}

传入参数是super_block,代码了VFS层的文件系统,可以操作到下面所有的具体文件系统:

/*** sync_inodes_sb	-	sync sb inode pages* @sb: the superblock** This function writes and waits on any dirty inode belonging to this* super_block.*/
void sync_inodes_sb(struct super_block *sb)
{DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(done);struct wb_writeback_work work = {.sb		= sb,.sync_mode	= WB_SYNC_ALL,.nr_pages	= LONG_MAX,.range_cyclic	= 0,.done		= &done,.reason		= WB_REASON_SYNC,.for_sync	= 1,};/* Nothing to do? */if (sb->s_bdi == &noop_backing_dev_info)return;WARN_ON(!rwsem_is_locked(&sb->s_umount));bdi_queue_work(sb->s_bdi, &work);wait_for_completion(&done);wait_sb_inodes(sb); 等待cache中所有的脏inode全部写入,阻塞
}

wait_sb_inodes中在inode hash表中查找所有的脏数据,inode代表文件信息数据,并通过filemap_fdatawait(mapping);把inode对应的数据写入磁盘且阻塞:

static void wait_sb_inodes(struct super_block *sb)
{struct inode *inode, *old_inode = NULL;/** We need to be protected against the filesystem going from* r/o to r/w or vice versa.*/WARN_ON(!rwsem_is_locked(&sb->s_umount));spin_lock(&inode_sb_list_lock);list_for_each_entry(inode, &sb->s_inodes, i_sb_list) { 查找struct address_space *mapping = inode->i_mapping; 数据映射赋值spin_lock(&inode->i_lock);if ((inode->i_state & (I_FREEING|I_WILL_FREE|I_NEW)) ||(mapping->nrpages == 0)) {spin_unlock(&inode->i_lock);continue;}__iget(inode);spin_unlock(&inode->i_lock);spin_unlock(&inode_sb_list_lock);iput(old_inode);old_inode = inode;filemap_fdatawait(mapping); 写数据到磁盘cond_resched();spin_lock(&inode_sb_list_lock);}spin_unlock(&inode_sb_list_lock);iput(old_inode);
}

继续分析,获取文件数据的大小i_size:

int filemap_fdatawait(struct address_space *mapping)
{loff_t i_size = i_size_read(mapping->host);if (i_size == 0)return 0;return filemap_fdatawait_range(mapping, 0, i_size - 1);
}

读取文件范围内占用多少page数据,并把每个page数据阻塞的刷如磁盘。

int filemap_fdatawait_range(struct address_space *mapping, loff_t start_byte,loff_t end_byte)
{pgoff_t index = start_byte >> PAGE_CACHE_SHIFT;pgoff_t end = end_byte >> PAGE_CACHE_SHIFT;struct pagevec pvec;int nr_pages;int ret2, ret = 0;if (end_byte < start_byte)goto out;pagevec_init(&pvec, 0);while ((index <= end) &&(nr_pages = pagevec_lookup_tag(&pvec, mapping, &index,PAGECACHE_TAG_WRITEBACK,min(end - index, (pgoff_t)PAGEVEC_SIZE-1) + 1)) != 0) {unsigned i;for (i = 0; i < nr_pages; i++) {struct page *page = pvec.pages[i];/* until radix tree lookup accepts end_index */if (page->index > end)continue;wait_on_page_writeback(page);if (TestClearPageError(page))ret = -EIO;}pagevec_release(&pvec);cond_resched();}
out:ret2 = filemap_check_errors(mapping);if (!ret)ret = ret2;return ret;
}
/* * Wait for a page to complete writeback*/
static inline void wait_on_page_writeback(struct page *page)
{if (PageWriteback(page))wait_on_page_bit(page, PG_writeback);
}
void wait_on_page_bit(struct page *page, int bit_nr)
{DEFINE_WAIT_BIT(wait, &page->flags, bit_nr);if (test_bit(bit_nr, &page->flags))__wait_on_bit(page_waitqueue(page), &wait, bit_wait_io,TASK_UNINTERRUPTIBLE);
}
int __sched
__wait_on_bit(wait_queue_head_t *wq, struct wait_bit_queue *q,wait_bit_action_f *action, unsigned mode)
{int ret = 0;do {prepare_to_wait(wq, &q->wait, mode);if (test_bit(q->key.bit_nr, q->key.flags))ret = (*action)(&q->key);} while (test_bit(q->key.bit_nr, q->key.flags) && !ret);finish_wait(wq, &q->wait);return ret;
}

3.10内核的action是sleep_on_page,4.1内核是bit_wait_io,

static int sleep_on_page(void *word)
{io_schedule();return 0;
}
__sched int bit_wait_io(struct wait_bit_key *word)
{if (signal_pending_state(current->state, current))return 1;io_schedule();return 0;
}

内核3.10不带超时,那如果卡住会怎样呢?死等吗?【】

请求CPU写page内存数据到磁盘,在加入请求队列后什么情况下无限期的卡住?【】

void __sched io_schedule(void)
{struct rq *rq = raw_rq();delayacct_blkio_start();atomic_inc(&rq->nr_iowait);blk_flush_plug(current);current->in_iowait = 1;schedule();current->in_iowait = 0;atomic_dec(&rq->nr_iowait);delayacct_blkio_end();
}

有带超时函数却没有使用 

long __sched io_schedule_timeout(long timeout)
{struct rq *rq = raw_rq();long ret;delayacct_blkio_start();atomic_inc(&rq->nr_iowait);blk_flush_plug(current);current->in_iowait = 1;ret = schedule_timeout(timeout);current->in_iowait = 0;atomic_dec(&rq->nr_iowait);delayacct_blkio_end();return ret;
}

内核4.1是带超时的返回的,

static inline void io_schedule(void)
{io_schedule_timeout(MAX_SCHEDULE_TIMEOUT);
}
long __sched io_schedule_timeout(long timeout)
{int old_iowait = current->in_iowait;struct rq *rq;long ret;current->in_iowait = 1;blk_schedule_flush_plug(current);delayacct_blkio_start();rq = raw_rq();atomic_inc(&rq->nr_iowait);ret = schedule_timeout(timeout);current->in_iowait = old_iowait;atomic_dec(&rq->nr_iowait);delayacct_blkio_end();return ret;
}

测试

1、加入io_schedule_timeout机制是否还会卡住?【也会卡住】

修改内核3.10代码:

./mm/filemap.c +179

#include <linux/jiffies.h>static int sleep_on_page(void *word)
{
-    io_schedule();
+    io_schedule_timeout(msecs_to_jiffies(20000));//20sreturn 0;
}

编译成功,进行测试【出现问题时间变久,但最后还是会出现;理论不可行,最多能规避但没有找到原因不能实质性解决问题】

2、使用fsync(fd)而不用sync【也会卡住】

晚上测试明早看结果【也会卡住】

3、查看sync后进入不可终端的睡眠状态为何没有条件来唤醒【】

4、修改I/O调度器模式:

默认是deadline,修改为cfq【测试2小时删除88次后sync卡住】

/sys/block/sdb/queue/scheduler

修改为noop模式进行测试【】

进展

Linux 3.10.y多线程写SD卡后sync会卡住,目前发现drivers/scsi/sd.c文件中sd_prep_fn函数在组装scsi cmd时,写的物理sector位置触及到SD卡边界,代码如下:

	/** Some SD card readers can't handle multi-sector accesses which touch* the last one or two hardware sectors.  Split accesses as needed.*/threshold = get_capacity(disk) - SD_LAST_BUGGY_SECTORS *(sdp->sector_size / 512);if (unlikely(sdp->last_sector_bug && block + this_count > threshold)) {printk(KERN_ERR "eason %s,%d,--%d,%llu,%llu\n",__FUNCTION__, __LINE__,this_count,(unsigned long long)block,(unsigned long long)threshold);if (block < threshold) {/* Access up to the threshold but not beyond */this_count = threshold - block;} else {/* Access only a single hardware sector */this_count = sdp->sector_size / 512;printk(KERN_ERR "this_count=%d\n",this_count);}}

物理位置最后的8个sector(4KB)会拆分成每个sector下发到scsi cmd,但不知为何会导致线程下刷page卡住,没有写进磁盘设备还是写成功后中断没有合并返回,具体原因待查【卡住时8个单独的sector是写成功的】。不知为何,格式化时写到边界的8个sector是可以返回的,多进程同时写测试边界的8个sector就不返回了吗?

bio=14102864 sectos,1762858 page  7220666368 bytes
in=0
1=1762858
2=1762858
3=0
4=1762858
5=0
6=0
7=0
run=2925699072 byte,714282 page,2925699072 + 4294967296(2^32) = 7220666368
irq=60946
out=60946eason sd_prep_fn,953,--8,15523832,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--7,15523833,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--6,15523834,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--5,15523835,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--4,15523836,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--3,15523837,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--2,15523838,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512
eason sd_prep_fn,953,--1,15523839,15523824
eason scsi_io_completion,836,good_bytes=512

查看问题SD卡的sector容量和地址范围如下:

Disk /dev/sdb: 7948 MB, 7948206080 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 966 cylinders, total 15523840 sectors  == 7948206080 bytes
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytesDevice Boot      Start         End      Blocks  Id System
/dev/sdb1            8192    15523839     7757824   c Win95 FAT32 (LBA)
Partition 1 has different physical/logical endings:phys=(965, 254, 63) logical=(966, 80, 10)

end 15523839刚好到容量范围15523840的边界,所以会在格式化和卡写完时大概率写到边界触发卡住问题。重新在板子上面进行分区:

Disk /dev/sdb: 7948 MB, 7948206080 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 966 cylinders, total 15523840 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytesDevice Boot      Start         End      Blocks  Id System
/dev/sdb1              63    15518789     7759363+ 83 Linux

可以看到end的位置已经变化,距离容量边界相差5051个sector,所以任何情况下不会写到边界,在后面测试过程中没有出现问题。我们的SD卡只有1个分区,且是卡厂家出厂的默认值,我们只是把默认的fat32重新格式化了ext4,分区没有动过。

拿到电脑上进行分区和格式化测试如下:

 在Linux上格式化后信息:

删除分区重新新建分区:全部按照默认值操作,应该可以设置保留

建立新分区时的默认值:可以看到使用了全部的柱面。

Disk /dev/sdb: 7948 MB, 7948206080 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 966 cylinders, total 15523840 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytesDevice Boot      Start         End      Blocks  Id System
/dev/sdb1   *        2048    15523839     7760896   b Win95 FAT32
Partition 1 has different physical/logical endings:phys=(965, 254, 63) logical=(966, 80, 10)

SD卡出厂默认信息:

可总结出:分区总扇区数 + 起始扇区号 = 设备总扇区数,但是在Linux上面分区时末尾有预留,就不会到访问到边界。问题情况了解了,继续查问题原因:

为啥访问到SD卡物理边界就会导致写文件卡死??

原因

不知为何,格式化时写到边界的8个sector是可以返回的,多进程同时写测试边界的8个sector就不返回了吗?

高版本内核3.18.108没有这个问题,为啥?已经解决此问题了吗

具体原因见:Linux ext4文件系统多线程写文件sync卡住分析

 

这篇关于EXT4文件系统问题-多线程往TF卡写MP4文件后sync卡住问题分析-已解决的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!



http://www.chinasem.cn/article/932610

相关文章

IDEA编译报错“java: 常量字符串过长”的原因及解决方法

《IDEA编译报错“java:常量字符串过长”的原因及解决方法》今天在开发过程中,由于尝试将一个文件的Base64字符串设置为常量,结果导致IDEA编译的时候出现了如下报错java:常量字符串过长,... 目录一、问题描述二、问题原因2.1 理论角度2.2 源码角度三、解决方案解决方案①:StringBui

mybatis和mybatis-plus设置值为null不起作用问题及解决

《mybatis和mybatis-plus设置值为null不起作用问题及解决》Mybatis-Plus的FieldStrategy主要用于控制新增、更新和查询时对空值的处理策略,通过配置不同的策略类型... 目录MyBATis-plusFieldStrategy作用FieldStrategy类型每种策略的作

linux下多个硬盘划分到同一挂载点问题

《linux下多个硬盘划分到同一挂载点问题》在Linux系统中,将多个硬盘划分到同一挂载点需要通过逻辑卷管理(LVM)来实现,首先,需要将物理存储设备(如硬盘分区)创建为物理卷,然后,将这些物理卷组成... 目录linux下多个硬盘划分到同一挂载点需要明确的几个概念硬盘插上默认的是非lvm总结Linux下多

Springboot中分析SQL性能的两种方式详解

《Springboot中分析SQL性能的两种方式详解》文章介绍了SQL性能分析的两种方式:MyBatis-Plus性能分析插件和p6spy框架,MyBatis-Plus插件配置简单,适用于开发和测试环... 目录SQL性能分析的两种方式:功能介绍实现方式:实现步骤:SQL性能分析的两种方式:功能介绍记录

Python Jupyter Notebook导包报错问题及解决

《PythonJupyterNotebook导包报错问题及解决》在conda环境中安装包后,JupyterNotebook导入时出现ImportError,可能是由于包版本不对应或版本太高,解决方... 目录问题解决方法重新安装Jupyter NoteBook 更改Kernel总结问题在conda上安装了

pip install jupyterlab失败的原因问题及探索

《pipinstalljupyterlab失败的原因问题及探索》在学习Yolo模型时,尝试安装JupyterLab但遇到错误,错误提示缺少Rust和Cargo编译环境,因为pywinpty包需要它... 目录背景问题解决方案总结背景最近在学习Yolo模型,然后其中要下载jupyter(有点LSVmu像一个

Goland debug失效详细解决步骤(合集)

《Golanddebug失效详细解决步骤(合集)》今天用Goland开发时,打断点,以debug方式运行,发现程序并没有断住,程序跳过了断点,直接运行结束,网上搜寻了大量文章,最后得以解决,特此在这... 目录Bug:Goland debug失效详细解决步骤【合集】情况一:Go或Goland架构不对情况二:

解决jupyterLab打开后出现Config option `template_path`not recognized by `ExporterCollapsibleHeadings`问题

《解决jupyterLab打开后出现Configoption`template_path`notrecognizedby`ExporterCollapsibleHeadings`问题》在Ju... 目录jupyterLab打开后出现“templandroidate_path”相关问题这是 tensorflo

SpringBoot中使用 ThreadLocal 进行多线程上下文管理及注意事项小结

《SpringBoot中使用ThreadLocal进行多线程上下文管理及注意事项小结》本文详细介绍了ThreadLocal的原理、使用场景和示例代码,并在SpringBoot中使用ThreadLo... 目录前言技术积累1.什么是 ThreadLocal2. ThreadLocal 的原理2.1 线程隔离2

如何解决Pycharm编辑内容时有光标的问题

《如何解决Pycharm编辑内容时有光标的问题》文章介绍了如何在PyCharm中配置VimEmulator插件,包括检查插件是否已安装、下载插件以及安装IdeaVim插件的步骤... 目录Pycharm编辑内容时有光标1.如果Vim Emulator前面有对勾2.www.chinasem.cn如果tools工