Merge tag 'nfsd-4.15' of git://linux-nfs.org/~bfields/linux
[sfrench/cifs-2.6.git] / 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.  This condition can
20         result in RCU-sched stalls and, if ksoftirqd is in use, RCU-bh
21         stalls.
22
23 o       A CPU looping with bottom halves disabled.  This condition can
24         result in RCU-sched and RCU-bh stalls.
25
26 o       For !CONFIG_PREEMPT kernels, a CPU looping anywhere in the
27         kernel without invoking schedule().  Note that cond_resched()
28         does not necessarily prevent RCU CPU stall warnings.  Therefore,
29         if the looping in the kernel is really expected and desirable
30         behavior, you might need to replace some of the cond_resched()
31         calls with calls to cond_resched_rcu_qs().
32
33 o       Booting Linux using a console connection that is too slow to
34         keep up with the boot-time console-message rate.  For example,
35         a 115Kbaud serial console can be -way- too slow to keep up
36         with boot-time message rates, and will frequently result in
37         RCU CPU stall warning messages.  Especially if you have added
38         debug printk()s.
39
40 o       Anything that prevents RCU's grace-period kthreads from running.
41         This can result in the "All QSes seen" console-log message.
42         This message will include information on when the kthread last
43         ran and how often it should be expected to run.  It can also
44         result in the "rcu_.*kthread starved for" console-log message,
45         which will include additional debugging information.
46
47 o       A CPU-bound real-time task in a CONFIG_PREEMPT kernel, which might
48         happen to preempt a low-priority task in the middle of an RCU
49         read-side critical section.   This is especially damaging if
50         that low-priority task is not permitted to run on any other CPU,
51         in which case the next RCU grace period can never complete, which
52         will eventually cause the system to run out of memory and hang.
53         While the system is in the process of running itself out of
54         memory, you might see stall-warning messages.
55
56 o       A CPU-bound real-time task in a CONFIG_PREEMPT_RT kernel that
57         is running at a higher priority than the RCU softirq threads.
58         This will prevent RCU callbacks from ever being invoked,
59         and in a CONFIG_PREEMPT_RCU kernel will further prevent
60         RCU grace periods from ever completing.  Either way, the
61         system will eventually run out of memory and hang.  In the
62         CONFIG_PREEMPT_RCU case, you might see stall-warning
63         messages.
64
65 o       A periodic interrupt whose handler takes longer than the time
66         interval between successive pairs of interrupts.  This can
67         prevent RCU's kthreads and softirq handlers from running.
68         Note that certain high-overhead debugging options, for example
69         the function_graph tracer, can result in interrupt handler taking
70         considerably longer than normal, which can in turn result in
71         RCU CPU stall warnings.
72
73 o       Testing a workload on a fast system, tuning the stall-warning
74         timeout down to just barely avoid RCU CPU stall warnings, and then
75         running the same workload with the same stall-warning timeout on a
76         slow system.  Note that thermal throttling and on-demand governors
77         can cause a single system to be sometimes fast and sometimes slow!
78
79 o       A hardware or software issue shuts off the scheduler-clock
80         interrupt on a CPU that is not in dyntick-idle mode.  This
81         problem really has happened, and seems to be most likely to
82         result in RCU CPU stall warnings for CONFIG_NO_HZ_COMMON=n kernels.
83
84 o       A bug in the RCU implementation.
85
86 o       A hardware failure.  This is quite unlikely, but has occurred
87         at least once in real life.  A CPU failed in a running system,
88         becoming unresponsive, but not causing an immediate crash.
89         This resulted in a series of RCU CPU stall warnings, eventually
90         leading the realization that the CPU had failed.
91
92 The RCU, RCU-sched, RCU-bh, and RCU-tasks implementations have CPU stall
93 warning.  Note that SRCU does -not- have CPU stall warnings.  Please note
94 that RCU only detects CPU stalls when there is a grace period in progress.
95 No grace period, no CPU stall warnings.
96
97 To diagnose the cause of the stall, inspect the stack traces.
98 The offending function will usually be near the top of the stack.
99 If you have a series of stall warnings from a single extended stall,
100 comparing the stack traces can often help determine where the stall
101 is occurring, which will usually be in the function nearest the top of
102 that portion of the stack which remains the same from trace to trace.
103 If you can reliably trigger the stall, ftrace can be quite helpful.
104
105 RCU bugs can often be debugged with the help of CONFIG_RCU_TRACE
106 and with RCU's event tracing.  For information on RCU's event tracing,
107 see include/trace/events/rcu.h.
108
109
110 Fine-Tuning the RCU CPU Stall Detector
111
112 The rcuupdate.rcu_cpu_stall_suppress module parameter disables RCU's
113 CPU stall detector, which detects conditions that unduly delay RCU grace
114 periods.  This module parameter enables CPU stall detection by default,
115 but may be overridden via boot-time parameter or at runtime via sysfs.
116 The stall detector's idea of what constitutes "unduly delayed" is
117 controlled by a set of kernel configuration variables and cpp macros:
118
119 CONFIG_RCU_CPU_STALL_TIMEOUT
120
121         This kernel configuration parameter defines the period of time
122         that RCU will wait from the beginning of a grace period until it
123         issues an RCU CPU stall warning.  This time period is normally
124         21 seconds.
125
126         This configuration parameter may be changed at runtime via the
127         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_timeout, however
128         this parameter is checked only at the beginning of a cycle.
129         So if you are 10 seconds into a 40-second stall, setting this
130         sysfs parameter to (say) five will shorten the timeout for the
131         -next- stall, or the following warning for the current stall
132         (assuming the stall lasts long enough).  It will not affect the
133         timing of the next warning for the current stall.
134
135         Stall-warning messages may be enabled and disabled completely via
136         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_suppress.
137
138 RCU_STALL_DELAY_DELTA
139
140         Although the lockdep facility is extremely useful, it does add
141         some overhead.  Therefore, under CONFIG_PROVE_RCU, the
142         RCU_STALL_DELAY_DELTA macro allows five extra seconds before
143         giving an RCU CPU stall warning message.  (This is a cpp
144         macro, not a kernel configuration parameter.)
145
146 RCU_STALL_RAT_DELAY
147
148         The CPU stall detector tries to make the offending CPU print its
149         own warnings, as this often gives better-quality stack traces.
150         However, if the offending CPU does not detect its own stall in
151         the number of jiffies specified by RCU_STALL_RAT_DELAY, then
152         some other CPU will complain.  This delay is normally set to
153         two jiffies.  (This is a cpp macro, not a kernel configuration
154         parameter.)
155
156 rcupdate.rcu_task_stall_timeout
157
158         This boot/sysfs parameter controls the RCU-tasks stall warning
159         interval.  A value of zero or less suppresses RCU-tasks stall
160         warnings.  A positive value sets the stall-warning interval
161         in jiffies.  An RCU-tasks stall warning starts with the line:
162
163                 INFO: rcu_tasks detected stalls on tasks:
164
165         And continues with the output of sched_show_task() for each
166         task stalling the current RCU-tasks grace period.
167
168
169 Interpreting RCU's CPU Stall-Detector "Splats"
170
171 For non-RCU-tasks flavors of RCU, when a CPU detects that it is stalling,
172 it will print a message similar to the following:
173
174         INFO: rcu_sched detected stalls on CPUs/tasks:
175         2-...: (3 GPs behind) idle=06c/0/0 softirq=1453/1455 fqs=0
176         16-...: (0 ticks this GP) idle=81c/0/0 softirq=764/764 fqs=0
177         (detected by 32, t=2603 jiffies, g=7073, c=7072, q=625)
178
179 This message indicates that CPU 32 detected that CPUs 2 and 16 were both
180 causing stalls, and that the stall was affecting RCU-sched.  This message
181 will normally be followed by stack dumps for each CPU.  Please note that
182 PREEMPT_RCU builds can be stalled by tasks as well as by CPUs, and that
183 the tasks will be indicated by PID, for example, "P3421".  It is even
184 possible for a rcu_preempt_state stall to be caused by both CPUs -and-
185 tasks, in which case the offending CPUs and tasks will all be called
186 out in the list.
187
188 CPU 2's "(3 GPs behind)" indicates that this CPU has not interacted with
189 the RCU core for the past three grace periods.  In contrast, CPU 16's "(0
190 ticks this GP)" indicates that this CPU has not taken any scheduling-clock
191 interrupts during the current stalled grace period.
192
193 The "idle=" portion of the message prints the dyntick-idle state.
194 The hex number before the first "/" is the low-order 12 bits of the
195 dynticks counter, which will have an even-numbered value if the CPU
196 is in dyntick-idle mode and an odd-numbered value otherwise.  The hex
197 number between the two "/"s is the value of the nesting, which will be
198 a small non-negative number if in the idle loop (as shown above) and a
199 very large positive number otherwise.
200
201 The "softirq=" portion of the message tracks the number of RCU softirq
202 handlers that the stalled CPU has executed.  The number before the "/"
203 is the number that had executed since boot at the time that this CPU
204 last noted the beginning of a grace period, which might be the current
205 (stalled) grace period, or it might be some earlier grace period (for
206 example, if the CPU might have been in dyntick-idle mode for an extended
207 time period.  The number after the "/" is the number that have executed
208 since boot until the current time.  If this latter number stays constant
209 across repeated stall-warning messages, it is possible that RCU's softirq
210 handlers are no longer able to execute on this CPU.  This can happen if
211 the stalled CPU is spinning with interrupts are disabled, or, in -rt
212 kernels, if a high-priority process is starving RCU's softirq handler.
213
214 The "fps=" shows the number of force-quiescent-state idle/offline
215 detection passes that the grace-period kthread has made across this
216 CPU since the last time that this CPU noted the beginning of a grace
217 period.
218
219 The "detected by" line indicates which CPU detected the stall (in this
220 case, CPU 32), how many jiffies have elapsed since the start of the
221 grace period (in this case 2603), the number of the last grace period
222 to start and to complete (7073 and 7072, respectively), and an estimate
223 of the total number of RCU callbacks queued across all CPUs (625 in
224 this case).
225
226 In kernels with CONFIG_RCU_FAST_NO_HZ, more information is printed
227 for each CPU:
228
229         0: (64628 ticks this GP) idle=dd5/3fffffffffffffff/0 softirq=82/543 last_accelerate: a345/d342 nonlazy_posted: 25 .D
230
231 The "last_accelerate:" prints the low-order 16 bits (in hex) of the
232 jiffies counter when this CPU last invoked rcu_try_advance_all_cbs()
233 from rcu_needs_cpu() or last invoked rcu_accelerate_cbs() from
234 rcu_prepare_for_idle().  The "nonlazy_posted:" prints the number
235 of non-lazy callbacks posted since the last call to rcu_needs_cpu().
236 Finally, an "L" indicates that there are currently no non-lazy callbacks
237 ("." is printed otherwise, as shown above) and "D" indicates that
238 dyntick-idle processing is enabled ("." is printed otherwise, for example,
239 if disabled via the "nohz=" kernel boot parameter).
240
241 If the grace period ends just as the stall warning starts printing,
242 there will be a spurious stall-warning message, which will include
243 the following:
244
245         INFO: Stall ended before state dump start
246
247 This is rare, but does happen from time to time in real life.  It is also
248 possible for a zero-jiffy stall to be flagged in this case, depending
249 on how the stall warning and the grace-period initialization happen to
250 interact.  Please note that it is not possible to entirely eliminate this
251 sort of false positive without resorting to things like stop_machine(),
252 which is overkill for this sort of problem.
253
254 If all CPUs and tasks have passed through quiescent states, but the
255 grace period has nevertheless failed to end, the stall-warning splat
256 will include something like the following:
257
258         All QSes seen, last rcu_preempt kthread activity 23807 (4297905177-4297881370), jiffies_till_next_fqs=3, root ->qsmask 0x0
259
260 The "23807" indicates that it has been more than 23 thousand jiffies
261 since the grace-period kthread ran.  The "jiffies_till_next_fqs"
262 indicates how frequently that kthread should run, giving the number
263 of jiffies between force-quiescent-state scans, in this case three,
264 which is way less than 23807.  Finally, the root rcu_node structure's
265 ->qsmask field is printed, which will normally be zero.
266
267 If the relevant grace-period kthread has been unable to run prior to
268 the stall warning, as was the case in the "All QSes seen" line above,
269 the following additional line is printed:
270
271         kthread starved for 23807 jiffies! g7073 c7072 f0x0 RCU_GP_WAIT_FQS(3) ->state=0x1
272
273 Starving the grace-period kthreads of CPU time can of course result
274 in RCU CPU stall warnings even when all CPUs and tasks have passed
275 through the required quiescent states.  The "g" and "c" numbers flag the
276 number of the last grace period started and completed, respectively,
277 the "f" precedes the ->gp_flags command to the grace-period kthread,
278 the "RCU_GP_WAIT_FQS" indicates that the kthread is waiting for a short
279 timeout, and the "state" precedes value of the task_struct ->state field.
280
281
282 Multiple Warnings From One Stall
283
284 If a stall lasts long enough, multiple stall-warning messages will be
285 printed for it.  The second and subsequent messages are printed at
286 longer intervals, so that the time between (say) the first and second
287 message will be about three times the interval between the beginning
288 of the stall and the first message.
289
290
291 Stall Warnings for Expedited Grace Periods
292
293 If an expedited grace period detects a stall, it will place a message
294 like the following in dmesg:
295
296         INFO: rcu_sched detected expedited stalls on CPUs/tasks: { 7-... } 21119 jiffies s: 73 root: 0x2/.
297
298 This indicates that CPU 7 has failed to respond to a reschedule IPI.
299 The three periods (".") following the CPU number indicate that the CPU
300 is online (otherwise the first period would instead have been "O"),
301 that the CPU was online at the beginning of the expedited grace period
302 (otherwise the second period would have instead been "o"), and that
303 the CPU has been online at least once since boot (otherwise, the third
304 period would instead have been "N").  The number before the "jiffies"
305 indicates that the expedited grace period has been going on for 21,119
306 jiffies.  The number following the "s:" indicates that the expedited
307 grace-period sequence counter is 73.  The fact that this last value is
308 odd indicates that an expedited grace period is in flight.  The number
309 following "root:" is a bitmask that indicates which children of the root
310 rcu_node structure correspond to CPUs and/or tasks that are blocking the
311 current expedited grace period.  If the tree had more than one level,
312 additional hex numbers would be printed for the states of the other
313 rcu_node structures in the tree.
314
315 As with normal grace periods, PREEMPT_RCU builds can be stalled by
316 tasks as well as by CPUs, and that the tasks will be indicated by PID,
317 for example, "P3421".
318
319 It is entirely possible to see stall warnings from normal and from
320 expedited grace periods at about the same time during the same run.