Documentation/RCU/stallwarn.txt

   1 Using RCU's CPU Stall Detector
   2
   3 This document first discusses what sorts of issues RCU's CPU stall
   4 detector can locate, and then discusses kernel parameters and Kconfig
   5 options that can be used to fine-tune the detector's operation.  Finally,
   6 this document explains the stall detector's "splat" format.
   7
   8
   9 What Causes RCU CPU Stall Warnings?
  10
  11 So your kernel printed an RCU CPU stall warning.  The next question is
  12 "What caused it?"  The following problems can result in RCU CPU stall
  13 warnings:
  14
  15 o       A CPU looping in an RCU read-side critical section.
  16
  17 o       A CPU looping with interrupts disabled.
  18
  19 o       A CPU looping with preemption disabled.
  20
  21 o       A CPU looping with bottom halves disabled.
  22
  23 o       For !CONFIG_PREEMPT kernels, a CPU looping anywhere in the kernel
  24         without invoking schedule().  If the looping in the kernel is
  25         really expected and desirable behavior, you might need to add
  26         some calls to cond_resched().
  27
  28 o       Booting Linux using a console connection that is too slow to
  29         keep up with the boot-time console-message rate.  For example,
  30         a 115Kbaud serial console can be -way- too slow to keep up
  31         with boot-time message rates, and will frequently result in
  32         RCU CPU stall warning messages.  Especially if you have added
  33         debug printk()s.
  34
  35 o       Anything that prevents RCU's grace-period kthreads from running.
  36         This can result in the "All QSes seen" console-log message.
  37         This message will include information on when the kthread last
  38         ran and how often it should be expected to run.  It can also
  39         result in the "rcu_.*kthread starved for" console-log message,
  40         which will include additional debugging information.
  41
  42 o       A CPU-bound real-time task in a CONFIG_PREEMPT kernel, which might
  43         happen to preempt a low-priority task in the middle of an RCU
  44         read-side critical section.   This is especially damaging if
  45         that low-priority task is not permitted to run on any other CPU,
  46         in which case the next RCU grace period can never complete, which
  47         will eventually cause the system to run out of memory and hang.
  48         While the system is in the process of running itself out of
  49         memory, you might see stall-warning messages.
  50
  51 o       A CPU-bound real-time task in a CONFIG_PREEMPT_RT kernel that
  52         is running at a higher priority than the RCU softirq threads.
  53         This will prevent RCU callbacks from ever being invoked,
  54         and in a CONFIG_PREEMPT_RCU kernel will further prevent
  55         RCU grace periods from ever completing.  Either way, the
  56         system will eventually run out of memory and hang.  In the
  57         CONFIG_PREEMPT_RCU case, you might see stall-warning
  58         messages.
  59
  60 o       A periodic interrupt whose handler takes longer than the time
  61         interval between successive pairs of interrupts.  This can
  62         prevent RCU's kthreads and softirq handlers from running.
  63         Note that certain high-overhead debugging options, for example
  64         the function_graph tracer, can result in interrupt handler taking
  65         considerably longer than normal, which can in turn result in
  66         RCU CPU stall warnings.
  67
  68 o       Testing a workload on a fast system, tuning the stall-warning
  69         timeout down to just barely avoid RCU CPU stall warnings, and then
  70         running the same workload with the same stall-warning timeout on a
  71         slow system.  Note that thermal throttling and on-demand governors
  72         can cause a single system to be sometimes fast and sometimes slow!
  73
  74 o       A hardware or software issue shuts off the scheduler-clock
  75         interrupt on a CPU that is not in dyntick-idle mode.  This
  76         problem really has happened, and seems to be most likely to
  77         result in RCU CPU stall warnings for CONFIG_NO_HZ_COMMON=n kernels.
  78
  79 o       A bug in the RCU implementation.
  80
  81 o       A hardware failure.  This is quite unlikely, but has occurred
  82         at least once in real life.  A CPU failed in a running system,
  83         becoming unresponsive, but not causing an immediate crash.
  84         This resulted in a series of RCU CPU stall warnings, eventually
  85         leading the realization that the CPU had failed.
  86
  87 The RCU, RCU-sched, and RCU-tasks implementations have CPU stall warning.
  88 Note that SRCU does -not- have CPU stall warnings.  Please note that
  89 RCU only detects CPU stalls when there is a grace period in progress.
  90 No grace period, no CPU stall warnings.
  91
  92 To diagnose the cause of the stall, inspect the stack traces.
  93 The offending function will usually be near the top of the stack.
  94 If you have a series of stall warnings from a single extended stall,
  95 comparing the stack traces can often help determine where the stall
  96 is occurring, which will usually be in the function nearest the top of
  97 that portion of the stack which remains the same from trace to trace.
  98 If you can reliably trigger the stall, ftrace can be quite helpful.
  99
 100 RCU bugs can often be debugged with the help of CONFIG_RCU_TRACE
 101 and with RCU's event tracing.  For information on RCU's event tracing,
 102 see include/trace/events/rcu.h.
 103
 104
 105 Fine-Tuning the RCU CPU Stall Detector
 106
 107 The rcuupdate.rcu_cpu_stall_suppress module parameter disables RCU's
 108 CPU stall detector, which detects conditions that unduly delay RCU grace
 109 periods.  This module parameter enables CPU stall detection by default,
 110 but may be overridden via boot-time parameter or at runtime via sysfs.
 111 The stall detector's idea of what constitutes "unduly delayed" is
 112 controlled by a set of kernel configuration variables and cpp macros:
 113
 114 CONFIG_RCU_CPU_STALL_TIMEOUT
 115
 116         This kernel configuration parameter defines the period of time
 117         that RCU will wait from the beginning of a grace period until it
 118         issues an RCU CPU stall warning.  This time period is normally
 119         21 seconds.
 120
 121         This configuration parameter may be changed at runtime via the
 122         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_timeout, however
 123         this parameter is checked only at the beginning of a cycle.
 124         So if you are 10 seconds into a 40-second stall, setting this
 125         sysfs parameter to (say) five will shorten the timeout for the
 126         -next- stall, or the following warning for the current stall
 127         (assuming the stall lasts long enough).  It will not affect the
 128         timing of the next warning for the current stall.
 129
 130         Stall-warning messages may be enabled and disabled completely via
 131         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_suppress.
 132
 133 RCU_STALL_DELAY_DELTA
 134
 135         Although the lockdep facility is extremely useful, it does add
 136         some overhead.  Therefore, under CONFIG_PROVE_RCU, the
 137         RCU_STALL_DELAY_DELTA macro allows five extra seconds before
 138         giving an RCU CPU stall warning message.  (This is a cpp
 139         macro, not a kernel configuration parameter.)
 140
 141 RCU_STALL_RAT_DELAY
 142
 143         The CPU stall detector tries to make the offending CPU print its
 144         own warnings, as this often gives better-quality stack traces.
 145         However, if the offending CPU does not detect its own stall in
 146         the number of jiffies specified by RCU_STALL_RAT_DELAY, then
 147         some other CPU will complain.  This delay is normally set to
 148         two jiffies.  (This is a cpp macro, not a kernel configuration
 149         parameter.)
 150
 151 rcupdate.rcu_task_stall_timeout
 152
 153         This boot/sysfs parameter controls the RCU-tasks stall warning
 154         interval.  A value of zero or less suppresses RCU-tasks stall
 155         warnings.  A positive value sets the stall-warning interval
 156         in jiffies.  An RCU-tasks stall warning starts with the line:
 157
 158                 INFO: rcu_tasks detected stalls on tasks:
 159
 160         And continues with the output of sched_show_task() for each
 161         task stalling the current RCU-tasks grace period.
 162
 163
 164 Interpreting RCU's CPU Stall-Detector "Splats"
 165
 166 For non-RCU-tasks flavors of RCU, when a CPU detects that it is stalling,
 167 it will print a message similar to the following:
 168
 169         INFO: rcu_sched detected stalls on CPUs/tasks:
 170         2-...: (3 GPs behind) idle=06c/0/0 softirq=1453/1455 fqs=0
 171         16-...: (0 ticks this GP) idle=81c/0/0 softirq=764/764 fqs=0
 172         (detected by 32, t=2603 jiffies, g=7075, q=625)
 173
 174 This message indicates that CPU 32 detected that CPUs 2 and 16 were both
 175 causing stalls, and that the stall was affecting RCU-sched.  This message
 176 will normally be followed by stack dumps for each CPU.  Please note that
 177 PREEMPT_RCU builds can be stalled by tasks as well as by CPUs, and that
 178 the tasks will be indicated by PID, for example, "P3421".  It is even
 179 possible for an rcu_state stall to be caused by both CPUs -and- tasks,
 180 in which case the offending CPUs and tasks will all be called out in the list.
 181
 182 CPU 2's "(3 GPs behind)" indicates that this CPU has not interacted with
 183 the RCU core for the past three grace periods.  In contrast, CPU 16's "(0
 184 ticks this GP)" indicates that this CPU has not taken any scheduling-clock
 185 interrupts during the current stalled grace period.
 186
 187 The "idle=" portion of the message prints the dyntick-idle state.
 188 The hex number before the first "/" is the low-order 12 bits of the
 189 dynticks counter, which will have an even-numbered value if the CPU
 190 is in dyntick-idle mode and an odd-numbered value otherwise.  The hex
 191 number between the two "/"s is the value of the nesting, which will be
 192 a small non-negative number if in the idle loop (as shown above) and a
 193 very large positive number otherwise.
 194
 195 The "softirq=" portion of the message tracks the number of RCU softirq
 196 handlers that the stalled CPU has executed.  The number before the "/"
 197 is the number that had executed since boot at the time that this CPU
 198 last noted the beginning of a grace period, which might be the current
 199 (stalled) grace period, or it might be some earlier grace period (for
 200 example, if the CPU might have been in dyntick-idle mode for an extended
 201 time period.  The number after the "/" is the number that have executed
 202 since boot until the current time.  If this latter number stays constant
 203 across repeated stall-warning messages, it is possible that RCU's softirq
 204 handlers are no longer able to execute on this CPU.  This can happen if
 205 the stalled CPU is spinning with interrupts are disabled, or, in -rt
 206 kernels, if a high-priority process is starving RCU's softirq handler.
 207
 208 The "fqs=" shows the number of force-quiescent-state idle/offline
 209 detection passes that the grace-period kthread has made across this
 210 CPU since the last time that this CPU noted the beginning of a grace
 211 period.
 212
 213 The "detected by" line indicates which CPU detected the stall (in this
 214 case, CPU 32), how many jiffies have elapsed since the start of the grace
 215 period (in this case 2603), the grace-period sequence number (7075), and
 216 an estimate of the total number of RCU callbacks queued across all CPUs
 217 (625 in this case).
 218
 219 In kernels with CONFIG_RCU_FAST_NO_HZ, more information is printed
 220 for each CPU:
 221
 222         0: (64628 ticks this GP) idle=dd5/3fffffffffffffff/0 softirq=82/543 last_accelerate: a345/d342 nonlazy_posted: 25 .D
 223
 224 The "last_accelerate:" prints the low-order 16 bits (in hex) of the
 225 jiffies counter when this CPU last invoked rcu_try_advance_all_cbs()
 226 from rcu_needs_cpu() or last invoked rcu_accelerate_cbs() from
 227 rcu_prepare_for_idle().  The "nonlazy_posted:" prints the number
 228 of non-lazy callbacks posted since the last call to rcu_needs_cpu().
 229 Finally, an "L" indicates that there are currently no non-lazy callbacks
 230 ("." is printed otherwise, as shown above) and "D" indicates that
 231 dyntick-idle processing is enabled ("." is printed otherwise, for example,
 232 if disabled via the "nohz=" kernel boot parameter).
 233
 234 If the grace period ends just as the stall warning starts printing,
 235 there will be a spurious stall-warning message, which will include
 236 the following:
 237
 238         INFO: Stall ended before state dump start
 239
 240 This is rare, but does happen from time to time in real life.  It is also
 241 possible for a zero-jiffy stall to be flagged in this case, depending
 242 on how the stall warning and the grace-period initialization happen to
 243 interact.  Please note that it is not possible to entirely eliminate this
 244 sort of false positive without resorting to things like stop_machine(),
 245 which is overkill for this sort of problem.
 246
 247 If all CPUs and tasks have passed through quiescent states, but the
 248 grace period has nevertheless failed to end, the stall-warning splat
 249 will include something like the following:
 250
 251         All QSes seen, last rcu_preempt kthread activity 23807 (4297905177-4297881370), jiffies_till_next_fqs=3, root ->qsmask 0x0
 252
 253 The "23807" indicates that it has been more than 23 thousand jiffies
 254 since the grace-period kthread ran.  The "jiffies_till_next_fqs"
 255 indicates how frequently that kthread should run, giving the number
 256 of jiffies between force-quiescent-state scans, in this case three,
 257 which is way less than 23807.  Finally, the root rcu_node structure's
 258 ->qsmask field is printed, which will normally be zero.
 259
 260 If the relevant grace-period kthread has been unable to run prior to
 261 the stall warning, as was the case in the "All QSes seen" line above,
 262 the following additional line is printed:
 263
 264         kthread starved for 23807 jiffies! g7075 f0x0 RCU_GP_WAIT_FQS(3) ->state=0x1 ->cpu=5
 265
 266 Starving the grace-period kthreads of CPU time can of course result
 267 in RCU CPU stall warnings even when all CPUs and tasks have passed
 268 through the required quiescent states.  The "g" number shows the current
 269 grace-period sequence number, the "f" precedes the ->gp_flags command
 270 to the grace-period kthread, the "RCU_GP_WAIT_FQS" indicates that the
 271 kthread is waiting for a short timeout, the "state" precedes value of the
 272 task_struct ->state field, and the "cpu" indicates that the grace-period
 273 kthread last ran on CPU 5.
 274
 275
 276 Multiple Warnings From One Stall
 277
 278 If a stall lasts long enough, multiple stall-warning messages will be
 279 printed for it.  The second and subsequent messages are printed at
 280 longer intervals, so that the time between (say) the first and second
 281 message will be about three times the interval between the beginning
 282 of the stall and the first message.
 283
 284
 285 Stall Warnings for Expedited Grace Periods
 286
 287 If an expedited grace period detects a stall, it will place a message
 288 like the following in dmesg:
 289
 290         INFO: rcu_sched detected expedited stalls on CPUs/tasks: { 7-... } 21119 jiffies s: 73 root: 0x2/.
 291
 292 This indicates that CPU 7 has failed to respond to a reschedule IPI.
 293 The three periods (".") following the CPU number indicate that the CPU
 294 is online (otherwise the first period would instead have been "O"),
 295 that the CPU was online at the beginning of the expedited grace period
 296 (otherwise the second period would have instead been "o"), and that
 297 the CPU has been online at least once since boot (otherwise, the third
 298 period would instead have been "N").  The number before the "jiffies"
 299 indicates that the expedited grace period has been going on for 21,119
 300 jiffies.  The number following the "s:" indicates that the expedited
 301 grace-period sequence counter is 73.  The fact that this last value is
 302 odd indicates that an expedited grace period is in flight.  The number
 303 following "root:" is a bitmask that indicates which children of the root
 304 rcu_node structure correspond to CPUs and/or tasks that are blocking the
 305 current expedited grace period.  If the tree had more than one level,
 306 additional hex numbers would be printed for the states of the other
 307 rcu_node structures in the tree.
 308
 309 As with normal grace periods, PREEMPT_RCU builds can be stalled by
 310 tasks as well as by CPUs, and that the tasks will be indicated by PID,
 311 for example, "P3421".
 312
 313 It is entirely possible to see stall warnings from normal and from
 314 expedited grace periods at about the same time during the same run.