Machine Check Exception (MCE) 是CPU发现硬件错误时触发的异常(exception),中断号是18,异常的类型是abort:

MCE18

导致MCE的原因主要有:总线故障、内存ECC校验错、cache错误、TLB错误、内部时钟错误,等等。不仅硬件故障会引起MCE,不恰当的BIOS配置、firmware bug、软件bug也有可能引起MCE。

在 Linux 系统上,如果发生的MCE错误属于可以自动纠正的类型,那么系统保持继续运行,MCE错误日志会记录在一个ring buffer中(这个ring buffer通过设备文件/dev/mcelog来访问),用 mcelog(8) 命令可以读取MCE日志,系统通常会通过cron任务或者mcelog.service把ring buffer中的MCE日志写入/var/log/mcelog文件中。如果发生的MCE错误属于无法恢复的类型,那么系统会panic,错误信息会输出在终端上和message buffer里。

分析MCE需要参考Intel手册第3卷,15章Machine-Check Architecture和16章Interpreting Machine-Check Error Codes。由于MCE在不同型号的CPU上有差异,解读的方法也有不同,第16章是专门解释在不同的CPU型号上如何解读MCE错误码。

每个CPU上有一组寄存器称为 Machine-Check MSR (Model-Specific Register),用于Machine-Check的控制与记录,分为全局寄存器和若干Bank寄存器(CPU的硬件单元分成若干组,每一组称为一个Bank)。当发生MCE时,错误信息记录在全局状态寄存器 MCG_STATUS MSR 和Bank寄存器 MCi_STATUS MSR 中,如下图黄色框所示:

MCE_MSR

分析MCE的方法,就是根据Intel手册解读上述寄存器中记录的错误信息。Linux内核把MCE的信息保存在下面的结构体中:

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/arch/x86/include/asm/mce.h

 

0067 struct mce {

0068         __u64 status;  /* 对应 IA32_MCi_STATUS MSR */

0069         __u64 misc;

0070         __u64 addr;

0071         __u64 mcgstatus;/*对应 IA32_MCG_STATUS MSR */

0072         __u64 ip;

0073         __u64 tsc;      /* cpu time stamp counter */

0074         __u64 time;     /* wall time_t when error was detected */

0075         __u8  cpuvendor;        /* cpu vendor as encoded in system.h */

0076         __u8  inject_flags;     /* software inject flags */

0077         __u16  pad;

0078         __u32 cpuid;    /* CPUID 1 EAX */

0079         __u8  cs;               /* code segment */

0080         __u8  bank;     /* machine check bank */

0081         __u8  cpu;      /* cpu number; obsolete; use extcpu now */

0082         __u8  finished;   /* entry is valid */

0083         __u32 extcpu;   /* linux cpu number that detected the error */

0084         __u32 socketid; /* CPU socket ID */

0085         __u32 apicid;   /* CPU initial apic ID */

0086         __u64 mcgcap;   /* MCGCAP MSR: machine check capabilities of CPU */

0087 };

 

下面的MCE错误信息截取自一台因MCE而crash的机器,我们以此为例来解读一下MCE信息。
注:产生以下信息的内核函数是:
static void print_mce(struct mce *m)
源程序:arch/x86/kernel/cpu/mcheck/mce.c
如果需要的话,阅读源程序可以理解输出的信息与原始数据的对应关系。

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[Hardware Error]: CPU 3: Machine Check Exception: 4 Bank 5: be00000000800400

[Hardware Error]: TSC 128727f47a97 ADDR 3f628bd69349 MISC 1

[Hardware Error]: PROCESSOR 0:106a5 TIME 1450279905 SOCKET 1 APIC 14

[Hardware Error]: Machine check: Processor context corrupt

Kernel panic - not syncing: Fatal Machine check

其中CPU和Bank是MCE的接收者:

  • CPU 3 – 表示检测到MCE错误的是3号CPU,对应struct mce的extcpu字段;

  • Bank 5 – 一组硬件单元称为一个bank,每个bank对应一组machine-check寄存器;

MCE的错误代码包括两部分:

  • Machine Check Exception: 4 – 表示 IA32_MCG_STATUS MSR寄存器的状态码是4(含义见后文),对应 mcgstatus字段;

  • be00000000800400 – 表示 IA32_MCi_STATUS MSR寄存器中的错误码(含义见后文),对应status字段。

Machine Check Excheption: 4 的含义

它来自全局状态寄存器 IA32_MCG_STATUS MSR,(对应struct mce的 mcgstatus字段),只用到三个bit,如下所示。4表示machine-check in progress。

MCG_status

  • Bit 0: Restart IP Valid. 表示程序的执行是否可以在被异常中断的指令处重新开始。

  • Bit 1: Error IP Valid. 表示被中断的指令是否与MCE错误直接相关。

  • Bit 2: Machine Check In Progress. 表示 machine check 正在进行中。

be00000000800400 的含义

它来自bank寄存器IA32_MCi_STATUS MSR,(对应struct mce的status字段)。

MCi_status

be00000000800400 的二进制位如下:

Bit 63: VAL. 表示本寄存器中包含有效的错误码
Bit 61: UC. 表示是无法纠正的MCE
Bit 60: EN. 表示处于允许报告错误的状态
Bit 59: MISCV. 表示MCi_MISC寄存器中含有对该错误的补充信息
Bit 58: ADDRV. 表示MCi_ADDR寄存器含有发生错误的内存地址
Bit 57: PCC. 表示该CPU的上下文状态已被该错误破坏,无法恢复软件代码的运行
Bits [16:31] 包含特定CPU型号相关的扩展错误码. 本例中是0x0080.
Bits [0:15] 包含MCE错误码,该错误码是所有CPU型号通用的,分为两类:simple error codes(简单错误码) 和 compound error codes(复合错误码),本例中0x0400表示Internal timer error:

– Simple Error Codes:
0000 0000 0000 0000 – 没有错误.
0000 0000 0000 0001 – Unclassified. 未分类的错误类型.
0000 0000 0000 0010 – ROM微码校验错
0000 0000 0000 0011 – MCE是由于别的CPU的BINT# 引起的.
0000 0000 0000 0100 – Functional redundancy check (FRC) master/slave error.
0000 0000 0000 0101 – Internal parity error.
0000 0100 0000 0000 – Internal timer error.
0000 01xx xxxx xxxx – Internal unclassified error. 至少有一个x等于1

– Compound Error Codes:
000F 0000 0000 11LL – Generic cache hierarchy errors.
000F 0000 0001 TTLL – TLB errors.
000F 0000 1MMM CCCC – Memory controller errors (Intel-only).
000F 0001 RRRR TTLL – Memory errors in the cache hierarchy.
000F 1PPT RRRR IILL – Bus and interconnect errors.

下一步,由于Bits [16:31] 是非零值0x0080,包含的是特定CPU型号相关的扩展错误码,我们要参考Intel手册第三卷第16章。首先确定CPU型号,我们需要的是CPU faimily和model,从/proc/cpuinfo中可以找到:

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# less /proc/cpuinfo

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processor       : 3

vendor_id       : GenuineIntel

cpu family      : 6

model           : 26

model name      : Intel(R) Xeon(R) CPU           L5520  @ 2.27GHz

stepping        : 5

cpu MHz         : 2266.700

cache size      : 8192 KB

physical id     : 1

siblings        : 8

core id         : 2

cpu cores       : 4

apicid          : 20

...

根据cpu family/model,即06_1AH,找到Intel手册中对应的章节,但是没找到匹配Internal timer error和0x0080的条目。所以只能到此为止了。

总结我们的发现:
CPU 3 发现了无法纠正的MCE,是Internal timer error,被中断的指令与MCE不相关,被中断的程序指令不能恢复运行,CPU的上下文已被MCE破坏。

 

怎样禁用MCE

可以在 /boot/grub/grub.conf 中加入以下内容:mce=off。

还有其它的MCE选项,比如禁用CMCI(Corrected Machine Check Interrupt),或者禁用MCE日志,等等,例如:
mce=off  — Disable machine check
mce=no_cmci  — Disable CMCI(Corrected Machine Check Interrupt)
参见文档:Documentation/x86/x86_64/boot-options.txt

 

每个 CPU 都有一个sysfs接口:
/sys/devices/system/machinecheck/machinecheckN
注:(N = CPU number)

其中包含的可调参数参见:Documentation/x86/x86_64/machinecheck

参考资料:
Intel – Intel 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual . Chapters 15 and 16.
AMD – AMD64 Architecture Programmer’s Manual Volume 2: System Programming . Chapter 9.

转:http://linuxperf.com/?p=105