前言

最近在学习Linux USB Composite Framework的内容，经常看到函数指针跳转来跳转去。比如说会看到很多结构体中的.bind函数指针，但又不知道他们之间的调用关系。

此时，就可以用dump_stack()这个函数来追踪函数调用关系。当然，还是要自己尝试学习理解这个框架结构，不然纯粹的知道函数调用关系意义不大。

另外，dump_stack()可用来定位Kernel Panic和Oop的问题，配合objdump和addr2line命令可以定位到哪一行的哪句代码出现问题。

问题

比如说在以下的结构体中都包含.bind的成员，都同属于Linux USB Composite Framework的范畴，看多了会不知道谁调用谁，里面各种.bind的函数成员。

struct usb_composite_driver {
    const char              *name;
    const struct usb_device_descriptor  *dev;
    struct usb_gadget_strings       **strings;
    enum usb_device_speed           max_speed;
    unsigned        needs_serial:1;

    int         (*bind)(struct usb_composite_dev *cdev);
    int         (*unbind)(struct usb_composite_dev *);

    void            (*disconnect)(struct usb_composite_dev *);

    /* global suspend hooks */
    void            (*suspend)(struct usb_composite_dev *);
    void            (*resume)(struct usb_composite_dev *);
    struct usb_gadget_driver        gadget_driver;
};

struct usb_gadget_driver {
    char            *function;
    enum usb_device_speed   max_speed;
    int         (*bind)(struct usb_gadget *gadget,
                    struct usb_gadget_driver *driver);
    void            (*unbind)(struct usb_gadget *);
    int         (*setup)(struct usb_gadget *,
                    const struct usb_ctrlrequest *);
    void            (*disconnect)(struct usb_gadget *);
    void            (*suspend)(struct usb_gadget *);
    void            (*resume)(struct usb_gadget *);

    /* FIXME support safe rmmod */
    struct device_driver    driver;
};

struct usb_function {
    const char          *name;
    struct usb_gadget_strings   **strings;
    struct usb_descriptor_header    **fs_descriptors;
    struct usb_descriptor_header    **hs_descriptors;
    struct usb_descriptor_header    **ss_descriptors;

    struct usb_configuration    *config;

    /* REVISIT:  bind() functions can be marked __init, which
     * makes trouble for section mismatch analysis.  See if
     * we can't restructure things to avoid mismatching.
     * Related:  unbind() may kfree() but bind() won't...
     */

    /* configuration management:  bind/unbind */
    int         (*bind)(struct usb_configuration *,
                    struct usb_function *);
    void            (*unbind)(struct usb_configuration *,
                    struct usb_function *);
    void            (*free_func)(struct usb_function *f);
    struct module       *mod;

    /* runtime state management */
    int         (*set_alt)(struct usb_function *,
                    unsigned interface, unsigned alt);
    int         (*get_alt)(struct usb_function *,
                    unsigned interface);
    void            (*disable)(struct usb_function *);
    int         (*setup)(struct usb_function *,
                    const struct usb_ctrlrequest *);
    void            (*suspend)(struct usb_function *);
    void            (*resume)(struct usb_function *);

    /* USB 3.0 additions */
    int         (*get_status)(struct usb_function *);
    int         (*func_suspend)(struct usb_function *,
                        u8 suspend_opt);
    /* private: */
    /* internals */
    struct list_head        list;
    DECLARE_BITMAP(endpoints, 32);
    const struct usb_function_instance *fi;
};

int usb_add_config(struct usb_composite_dev *cdev,
        struct usb_configuration *config,
        int (*bind)(struct usb_configuration *))

测试用例

为了理清上述函数的调用关系，我在composite_bind()中调用dump_stack()，代码如下：

static int composite_bind(struct usb_gadget *gadget,
        struct usb_gadget_driver *gdriver)
{
    struct usb_composite_dev    *cdev;
    struct usb_composite_driver *composite = to_cdriver(gdriver);
    int             status = -ENOMEM;
    printk("[xxx-dump] in %s, line = %d, dump start\n", __func__, __LINE__);
    dump_stack();
    printk("[xxx-dump] in %s, line = %d, dump end\n", __func__, __LINE__);
    cdev = kzalloc(sizeof *cdev, GFP_KERNEL);
    ……
}

程序运行后得到的函数调用栈如下（当然这是USB Composite的内容，我这里是插入了一个iPhone，使用了CarPlay功能）：

[   35.571746] 1111111111111111111
[   35.574990] [xxx-dump] in composite_bind, line = 1675, dump start
[   35.581099] CPU: 0 PID: 115 Comm: NHPnpReceiverTD Tainted: P           O 3.14.19 #1
[   35.588779] [<c0015f68>] (unwind_backtrace) from [<c0012288>] (show_stack+0x10/0x14)
[   35.596540] [<c0012288>] (show_stack) from [<c047d8a8>] (dump_stack+0x80/0x90)
[   35.603793] [<c047d8a8>] (dump_stack) from [<bf045f60>] (composite_bind+0x28/0x1b0 [libcomposite])
[   35.612764] [<bf045f60>] (composite_bind [libcomposite]) from [<bf0236a4>] (udc_bind_to_driver+0x50/0x110 [udc_core])
[   35.623365] [<bf0236a4>] (udc_bind_to_driver [udc_core]) from [<bf023f24>] (usb_gadget_probe_driver+0x70/0xcc [udc_core])
[   35.634309] [<bf023f24>] (usb_gadget_probe_driver [udc_core]) from [<c0008908>] (do_one_initcall+0xd4/0x17c)
[   35.644133] [<c0008908>] (do_one_initcall) from [<c00765ec>] (load_module+0x1bec/0x2140)
[   35.652225] [<c00765ec>] (load_module) from [<c0076be8>] (SyS_init_module+0xa8/0x110)
[   35.660062] [<c0076be8>] (SyS_init_module) from [<c000eca0>] (ret_fast_syscall+0x0/0x30)
[   35.668148] [xxx-dump] in composite_bind, line = 1677, dump end

很明显，我们可以通过这个调用栈的信息知道composite_bind()的调用关系（从下往上）如下：
ret_fast_syscall -> SyS_init_module -> load_module -> do_one_initcall ->

usb_gadget_probe_driver -> udc_bind_to_driver -> composite_bind ->

dump_stack -> show_stack -> unwind_backtrace

  • 第1行是module_init()相关的调用，也就是说调用了module_init()加载某个驱动。更深入的，我们知道是注册一个USB Composite Driver的过程。

  • 第2行可以直观的看到调用composite_bind()的是udc_bind_to_driver()函数。

  • 第3行是dump_stack()的调用关系。

本文只分析如下四条打印语句，从下往上逐条分析。

[   35.596540] [<c0012288>] (show_stack) from [<c047d8a8>] (dump_stack+0x80/0x90)
[   35.603793] [<c047d8a8>] (dump_stack) from [<bf045f60>] (composite_bind+0x28/0x1b0 [libcomposite])
[   35.612764] [<bf045f60>] (composite_bind [libcomposite]) from [<bf0236a4>] (udc_bind_to_driver+0x50/0x110 [udc_core])
[   35.623365] [<bf0236a4>] (udc_bind_to_driver [udc_core]) from [<bf023f24>] (usb_gadget_probe_driver+0x70/0xcc [udc_core])

反汇编

在打印语句中， [libcomposite] 和 [udc_core]，标记这是ko文件 libcomposite.ko 和 udc_core.ko。

如果没有标记，说明这是build-in的，只需反汇编vmlinux即可。

接下来我们就将这两个ko文件和vmlinux文件 objdump出来。在Kernel目录下执行以下命令进行反汇编（objdump属于交叉编译工具，在交叉编译工具链里面可以找到）分别得到composite.log、udc-core.log、vmlinux.log三个文件：

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-objdump -d -l -f -g -S drivers/usb/gadget/libcomposite.ko > composite.log

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-objdump -d -l -f -g -S drivers/usb/gadget/udc-core.ko > udc-core.log

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-objdump -d -l -f -g -S vmlinux > vmlinux.log

dump_stack()格式分析

[<bf0236a4>] (udc_bind_to_driver [udc_core]) from [<bf023f24>] (usb_gadget_probe_driver+0x70/0xcc [udc_core])

从上面的信息，我们至少可以获得以下信息：

  • 这个是编译进udc-core的ko文件的，因此我们要查看反汇编出来的udc-core.log文件；

  • 在 0xbf023f24 的地址（usb_gadget_probe_driver()函数的地址偏移0x70）会调用 udc_bind_to_driver()函数。因此我们可以得出 usb_gadget_probe_driver() 函数的入口地址为 0xbf023f24-0x70 = 0xbf023eb4

  • usb_gadget_probe_driver() 函数总的偏移量为0xcc，即范围为：0xbf023eb4 ~ 0xbf023f80

查看 udc-core.log 文件，搜索<usb_gadget_probe_driver的关键字，我们可以得到 usb_gadget_probe_driver() 函数的位置：

00000eb4 <usb_gadget_probe_driver>:
usb_gadget_probe_driver():
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:625
    return ret;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(udc_attach_driver);

int usb_gadget_probe_driver(struct usb_gadget_driver *driver)
{
     eb4:   e92d4038    push    {r3, r4, r5, lr}
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:629
    struct usb_udc      *udc = NULL;
    int         ret;

    if (!driver || !driver->bind || !driver->setup)
     eb8:   e2505000    subs    r5, r0, #0
     ebc:   0a000028    beq f64 <usb_gadget_probe_driver+0xb0>
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:629 (discriminator 1)
     ec0:   e5953008    ldr r3, [r5, #8]
     ec4:   e3530000    cmp r3, #0
     ec8:   0a000025    beq f64 <usb_gadget_probe_driver+0xb0>
     ecc:   e5953010    ldr r3, [r5, #16]
     ed0:   e3530000    cmp r3, #0
     ed4:   0a000022    beq f64 <usb_gadget_probe_driver+0xb0>
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:632
        return -EINVAL;

    mutex_lock(&udc_lock);
     ed8:   e3004000    movw    r4, #0
     edc:   e3404000    movt    r4, #0
     ee0:   e1a00004    mov r0, r4
     ee4:   ebfffffe    bl  0 <mutex_lock>
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:633
    list_for_each_entry(udc, &udc_list, list) {
     ee8:   e1a02004    mov r2, r4
     eec:   e5b23018    ldr r3, [r2, #24]!
     ef0:   e1530002    cmp r3, r2
     ef4:   e24300f8    sub r0, r3, #248    ; 0xf8
     ef8:   1a000004    bne f10 <usb_gadget_probe_driver+0x5c>
     efc:   ea00000e    b   f3c <usb_gadget_probe_driver+0x88>
     f00:   e59030f8    ldr r3, [r0, #248]  ; 0xf8
     f04:   e1530002    cmp r3, r2
     f08:   e24300f8    sub r0, r3, #248    ; 0xf8
     f0c:   0a00000a    beq f3c <usb_gadget_probe_driver+0x88>
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:635
        /* For now we take the first one */
        if (!udc->driver)
     f10:   e51330f8    ldr r3, [r3, #-248] ; 0xf8
     f14:   e3530000    cmp r3, #0
     f18:   1afffff8    bne f00 <usb_gadget_probe_driver+0x4c>
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:643

    pr_debug("couldn't find an available UDC\n");
    mutex_unlock(&udc_lock);
    return -ENODEV;
found:
    ret = udc_bind_to_driver(udc, driver);
     f1c:   e1a01005    mov r1, r5
     f20:   ebfffdcb    bl  654 <udc_bind_to_driver>
     f24:   e1a04000    mov r4, r0
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:644
    mutex_unlock(&udc_lock);
     f28:   e3000000    movw    r0, #0
     f2c:   e3400000    movt    r0, #0
     f30:   ebfffffe    bl  0 <mutex_unlock>
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:645
    return ret;

对于这样格式的内容，表示看不懂。但从00000eb4 <usb_gadget_probe_driver>:这句话可以推测usb_gadget_probe_driver()函数在udc-core.ko的入口地址为：0x00000eb4。

0x00000eb4 与前面推测的 0xbf023eb4总是偏移0xbf023000。我猜想，0xbf023000的偏移量正是udc-core.ko相对整个kernel的偏移量。

所以要找到调用 udc_bind_to_driver() 的地方，那么其偏移量相对于udc-core.ko应为0xf24。

为了找到调用的该函数的所在行，我们使用 addr2line 工具将地址转换为行号得到：

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e drivers/usb/gadget/udc-core.ko 0xf24
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:643

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e drivers/usb/gadget/udc-core.ko 0xeb4
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:625

因此就可以知道在usb_gadget_probe_driver()函数的入口在 udc-core.c 第625行，调用udc_bind_to_driver()在 udc-core.c 第643行。查看代码跟解析出来的一致：
这里写图片描述

按照同样的方法再来解析下面的log，可以得到信息：

[<bf045f60>] (composite_bind [libcomposite]) from [<bf0236a4>] (udc_bind_to_driver+0x50/0x110 [udc_core])

  • 这个是编译进udc-core的ko文件的，因此我们要查看udc-core.log文件；

  • 在 0xbf0236a4（在udc-core.ko的地址为0x000006a4）的地址（偏移0x50）会调用 composite_bind()函数。因此我们可以得出 udc_bind_to_driver() 函数的地址为 0xbf0236a4-0x50 = 0xbf023654（在udc-core.ko的地址为0x00000654）；

  • udc_bind_to_driver() 函数总的偏移量为0x110，即范围为：0xbf023654 ~ 0xbf023764

使用addr2line将地址转换为行号：

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e drivers/usb/gadget/udc-core.ko 0x6a4
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:577

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e drivers/usb/gadget/udc-core.ko 0x654
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/udc-core.c:566

就可以知道udc_bind_to_driver()函数入口在udc-core.c第566行，调用composite_bind()函数在udc-core.c第577行。
这里写图片描述

解析以下log：

[   35.603793] [<c047d8a8>] (dump_stack) from [<bf045f60>] (composite_bind+0x28/0x1b0 [libcomposite])

  • 这个是编译进libcomposite的ko文件的，因此我们要查看libcomposite.log文件；

  • 查看composite.log文件并搜索composite_bind得到其地址为0x00002f38，因此我们可以知道libcomposite.ko相对整个kernel偏移0xbf045f38 - 0x00002f38 = 0xbf043000，查看 libcomposite.log得到：

00002f38 <composite_bind>:
composite_bind():
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/composite.c:1671
    device_remove_file(&cdev->gadget->dev, &dev_attr_suspended);
}
  • 以libcomposite.ko的地址为基准，在composite_bind()函数起始地址0x00002f38中偏移0x28，即0x00002f60会去调用dump_stack()函数。

使用 addr2line工具：

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e drivers/usb/gadget/libcomposite.ko 0x2f60
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/composite.c:1677

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e drivers/usb/gadget/libcomposite.ko 0x2f38
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/drivers/usb/gadget/composite.c:1671

这里写图片描述

很明显，这就是我添加dump_stack()的位置，追本溯源终于找到自己熟悉的地方了。

再解析以下log：

[   35.596540] [<c0012288>] (show_stack) from [<c047d8a8>] (dump_stack+0x80/0x90)

这些是build-in的，直接在vmlinux.ko就可以找到他们的地址。

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e vmlinux 0xc047d8a8
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/lib/dump_stack.c:52

#../prebuilts/gcc/linux-x86/arm/arm-linux-gnueabihf/bin/arm-linux-gnueabihf-addr2line -e vmlinux 0xc047d828
/home/victor/work/xxx_project/kernel-xxx/lib/dump_stack.c:27

参考资料

http://einon.net/DocBook/kernel-api/API-vsnprintf.html
http://blog.csdn.net/liyongming1982/article/details/16349769
http://blog.csdn.net/liyongming1982/article/details/16349875

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