Merge tag 'io_uring-5.11-2021-01-16' of git://git.kernel.dk/linux-block
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / RCU / stallwarn.rst
blobc9ab6af4d3be9a00f4e57c956c6c109a989961c7
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
3 ==============================
4 Using RCU's CPU Stall Detector
5 ==============================
7 This document first discusses what sorts of issues RCU's CPU stall
8 detector can locate, and then discusses kernel parameters and Kconfig
9 options that can be used to fine-tune the detector's operation.  Finally,
10 this document explains the stall detector's "splat" format.
13 What Causes RCU CPU Stall Warnings?
14 ===================================
16 So your kernel printed an RCU CPU stall warning.  The next question is
17 "What caused it?"  The following problems can result in RCU CPU stall
18 warnings:
20 -       A CPU looping in an RCU read-side critical section.
22 -       A CPU looping with interrupts disabled.
24 -       A CPU looping with preemption disabled.
26 -       A CPU looping with bottom halves disabled.
28 -       For !CONFIG_PREEMPT kernels, a CPU looping anywhere in the kernel
29         without invoking schedule().  If the looping in the kernel is
30         really expected and desirable behavior, you might need to add
31         some calls to cond_resched().
33 -       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.
40 -       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.
47 -       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.
56 -       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.
65         You can use the rcutree.kthread_prio kernel boot parameter to
66         increase the scheduling priority of RCU's kthreads, which can
67         help avoid this problem.  However, please note that doing this
68         can increase your system's context-switch rate and thus degrade
69         performance.
71 -       A periodic interrupt whose handler takes longer than the time
72         interval between successive pairs of interrupts.  This can
73         prevent RCU's kthreads and softirq handlers from running.
74         Note that certain high-overhead debugging options, for example
75         the function_graph tracer, can result in interrupt handler taking
76         considerably longer than normal, which can in turn result in
77         RCU CPU stall warnings.
79 -       Testing a workload on a fast system, tuning the stall-warning
80         timeout down to just barely avoid RCU CPU stall warnings, and then
81         running the same workload with the same stall-warning timeout on a
82         slow system.  Note that thermal throttling and on-demand governors
83         can cause a single system to be sometimes fast and sometimes slow!
85 -       A hardware or software issue shuts off the scheduler-clock
86         interrupt on a CPU that is not in dyntick-idle mode.  This
87         problem really has happened, and seems to be most likely to
88         result in RCU CPU stall warnings for CONFIG_NO_HZ_COMMON=n kernels.
90 -       A hardware or software issue that prevents time-based wakeups
91         from occurring.  These issues can range from misconfigured or
92         buggy timer hardware through bugs in the interrupt or exception
93         path (whether hardware, firmware, or software) through bugs
94         in Linux's timer subsystem through bugs in the scheduler, and,
95         yes, even including bugs in RCU itself.
97 -       A bug in the RCU implementation.
99 -       A hardware failure.  This is quite unlikely, but has occurred
100         at least once in real life.  A CPU failed in a running system,
101         becoming unresponsive, but not causing an immediate crash.
102         This resulted in a series of RCU CPU stall warnings, eventually
103         leading the realization that the CPU had failed.
105 The RCU, RCU-sched, and RCU-tasks implementations have CPU stall warning.
106 Note that SRCU does -not- have CPU stall warnings.  Please note that
107 RCU only detects CPU stalls when there is a grace period in progress.
108 No grace period, no CPU stall warnings.
110 To diagnose the cause of the stall, inspect the stack traces.
111 The offending function will usually be near the top of the stack.
112 If you have a series of stall warnings from a single extended stall,
113 comparing the stack traces can often help determine where the stall
114 is occurring, which will usually be in the function nearest the top of
115 that portion of the stack which remains the same from trace to trace.
116 If you can reliably trigger the stall, ftrace can be quite helpful.
118 RCU bugs can often be debugged with the help of CONFIG_RCU_TRACE
119 and with RCU's event tracing.  For information on RCU's event tracing,
120 see include/trace/events/rcu.h.
123 Fine-Tuning the RCU CPU Stall Detector
124 ======================================
126 The rcuupdate.rcu_cpu_stall_suppress module parameter disables RCU's
127 CPU stall detector, which detects conditions that unduly delay RCU grace
128 periods.  This module parameter enables CPU stall detection by default,
129 but may be overridden via boot-time parameter or at runtime via sysfs.
130 The stall detector's idea of what constitutes "unduly delayed" is
131 controlled by a set of kernel configuration variables and cpp macros:
133 CONFIG_RCU_CPU_STALL_TIMEOUT
134 ----------------------------
136         This kernel configuration parameter defines the period of time
137         that RCU will wait from the beginning of a grace period until it
138         issues an RCU CPU stall warning.  This time period is normally
139         21 seconds.
141         This configuration parameter may be changed at runtime via the
142         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_timeout, however
143         this parameter is checked only at the beginning of a cycle.
144         So if you are 10 seconds into a 40-second stall, setting this
145         sysfs parameter to (say) five will shorten the timeout for the
146         -next- stall, or the following warning for the current stall
147         (assuming the stall lasts long enough).  It will not affect the
148         timing of the next warning for the current stall.
150         Stall-warning messages may be enabled and disabled completely via
151         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_suppress.
153 RCU_STALL_DELAY_DELTA
154 ---------------------
156         Although the lockdep facility is extremely useful, it does add
157         some overhead.  Therefore, under CONFIG_PROVE_RCU, the
158         RCU_STALL_DELAY_DELTA macro allows five extra seconds before
159         giving an RCU CPU stall warning message.  (This is a cpp
160         macro, not a kernel configuration parameter.)
162 RCU_STALL_RAT_DELAY
163 -------------------
165         The CPU stall detector tries to make the offending CPU print its
166         own warnings, as this often gives better-quality stack traces.
167         However, if the offending CPU does not detect its own stall in
168         the number of jiffies specified by RCU_STALL_RAT_DELAY, then
169         some other CPU will complain.  This delay is normally set to
170         two jiffies.  (This is a cpp macro, not a kernel configuration
171         parameter.)
173 rcupdate.rcu_task_stall_timeout
174 -------------------------------
176         This boot/sysfs parameter controls the RCU-tasks stall warning
177         interval.  A value of zero or less suppresses RCU-tasks stall
178         warnings.  A positive value sets the stall-warning interval
179         in seconds.  An RCU-tasks stall warning starts with the line:
181                 INFO: rcu_tasks detected stalls on tasks:
183         And continues with the output of sched_show_task() for each
184         task stalling the current RCU-tasks grace period.
187 Interpreting RCU's CPU Stall-Detector "Splats"
188 ==============================================
190 For non-RCU-tasks flavors of RCU, when a CPU detects that it is stalling,
191 it will print a message similar to the following::
193         INFO: rcu_sched detected stalls on CPUs/tasks:
194         2-...: (3 GPs behind) idle=06c/0/0 softirq=1453/1455 fqs=0
195         16-...: (0 ticks this GP) idle=81c/0/0 softirq=764/764 fqs=0
196         (detected by 32, t=2603 jiffies, g=7075, q=625)
198 This message indicates that CPU 32 detected that CPUs 2 and 16 were both
199 causing stalls, and that the stall was affecting RCU-sched.  This message
200 will normally be followed by stack dumps for each CPU.  Please note that
201 PREEMPT_RCU builds can be stalled by tasks as well as by CPUs, and that
202 the tasks will be indicated by PID, for example, "P3421".  It is even
203 possible for an rcu_state stall to be caused by both CPUs -and- tasks,
204 in which case the offending CPUs and tasks will all be called out in the list.
206 CPU 2's "(3 GPs behind)" indicates that this CPU has not interacted with
207 the RCU core for the past three grace periods.  In contrast, CPU 16's "(0
208 ticks this GP)" indicates that this CPU has not taken any scheduling-clock
209 interrupts during the current stalled grace period.
211 The "idle=" portion of the message prints the dyntick-idle state.
212 The hex number before the first "/" is the low-order 12 bits of the
213 dynticks counter, which will have an even-numbered value if the CPU
214 is in dyntick-idle mode and an odd-numbered value otherwise.  The hex
215 number between the two "/"s is the value of the nesting, which will be
216 a small non-negative number if in the idle loop (as shown above) and a
217 very large positive number otherwise.
219 The "softirq=" portion of the message tracks the number of RCU softirq
220 handlers that the stalled CPU has executed.  The number before the "/"
221 is the number that had executed since boot at the time that this CPU
222 last noted the beginning of a grace period, which might be the current
223 (stalled) grace period, or it might be some earlier grace period (for
224 example, if the CPU might have been in dyntick-idle mode for an extended
225 time period.  The number after the "/" is the number that have executed
226 since boot until the current time.  If this latter number stays constant
227 across repeated stall-warning messages, it is possible that RCU's softirq
228 handlers are no longer able to execute on this CPU.  This can happen if
229 the stalled CPU is spinning with interrupts are disabled, or, in -rt
230 kernels, if a high-priority process is starving RCU's softirq handler.
232 The "fqs=" shows the number of force-quiescent-state idle/offline
233 detection passes that the grace-period kthread has made across this
234 CPU since the last time that this CPU noted the beginning of a grace
235 period.
237 The "detected by" line indicates which CPU detected the stall (in this
238 case, CPU 32), how many jiffies have elapsed since the start of the grace
239 period (in this case 2603), the grace-period sequence number (7075), and
240 an estimate of the total number of RCU callbacks queued across all CPUs
241 (625 in this case).
243 In kernels with CONFIG_RCU_FAST_NO_HZ, more information is printed
244 for each CPU::
246         0: (64628 ticks this GP) idle=dd5/3fffffffffffffff/0 softirq=82/543 last_accelerate: a345/d342 dyntick_enabled: 1
248 The "last_accelerate:" prints the low-order 16 bits (in hex) of the
249 jiffies counter when this CPU last invoked rcu_try_advance_all_cbs()
250 from rcu_needs_cpu() or last invoked rcu_accelerate_cbs() from
251 rcu_prepare_for_idle(). "dyntick_enabled: 1" indicates that dyntick-idle
252 processing is enabled.
254 If the grace period ends just as the stall warning starts printing,
255 there will be a spurious stall-warning message, which will include
256 the following::
258         INFO: Stall ended before state dump start
260 This is rare, but does happen from time to time in real life.  It is also
261 possible for a zero-jiffy stall to be flagged in this case, depending
262 on how the stall warning and the grace-period initialization happen to
263 interact.  Please note that it is not possible to entirely eliminate this
264 sort of false positive without resorting to things like stop_machine(),
265 which is overkill for this sort of problem.
267 If all CPUs and tasks have passed through quiescent states, but the
268 grace period has nevertheless failed to end, the stall-warning splat
269 will include something like the following::
271         All QSes seen, last rcu_preempt kthread activity 23807 (4297905177-4297881370), jiffies_till_next_fqs=3, root ->qsmask 0x0
273 The "23807" indicates that it has been more than 23 thousand jiffies
274 since the grace-period kthread ran.  The "jiffies_till_next_fqs"
275 indicates how frequently that kthread should run, giving the number
276 of jiffies between force-quiescent-state scans, in this case three,
277 which is way less than 23807.  Finally, the root rcu_node structure's
278 ->qsmask field is printed, which will normally be zero.
280 If the relevant grace-period kthread has been unable to run prior to
281 the stall warning, as was the case in the "All QSes seen" line above,
282 the following additional line is printed::
284         kthread starved for 23807 jiffies! g7075 f0x0 RCU_GP_WAIT_FQS(3) ->state=0x1 ->cpu=5
286 Starving the grace-period kthreads of CPU time can of course result
287 in RCU CPU stall warnings even when all CPUs and tasks have passed
288 through the required quiescent states.  The "g" number shows the current
289 grace-period sequence number, the "f" precedes the ->gp_flags command
290 to the grace-period kthread, the "RCU_GP_WAIT_FQS" indicates that the
291 kthread is waiting for a short timeout, the "state" precedes value of the
292 task_struct ->state field, and the "cpu" indicates that the grace-period
293 kthread last ran on CPU 5.
296 Multiple Warnings From One Stall
297 ================================
299 If a stall lasts long enough, multiple stall-warning messages will be
300 printed for it.  The second and subsequent messages are printed at
301 longer intervals, so that the time between (say) the first and second
302 message will be about three times the interval between the beginning
303 of the stall and the first message.
306 Stall Warnings for Expedited Grace Periods
307 ==========================================
309 If an expedited grace period detects a stall, it will place a message
310 like the following in dmesg::
312         INFO: rcu_sched detected expedited stalls on CPUs/tasks: { 7-... } 21119 jiffies s: 73 root: 0x2/.
314 This indicates that CPU 7 has failed to respond to a reschedule IPI.
315 The three periods (".") following the CPU number indicate that the CPU
316 is online (otherwise the first period would instead have been "O"),
317 that the CPU was online at the beginning of the expedited grace period
318 (otherwise the second period would have instead been "o"), and that
319 the CPU has been online at least once since boot (otherwise, the third
320 period would instead have been "N").  The number before the "jiffies"
321 indicates that the expedited grace period has been going on for 21,119
322 jiffies.  The number following the "s:" indicates that the expedited
323 grace-period sequence counter is 73.  The fact that this last value is
324 odd indicates that an expedited grace period is in flight.  The number
325 following "root:" is a bitmask that indicates which children of the root
326 rcu_node structure correspond to CPUs and/or tasks that are blocking the
327 current expedited grace period.  If the tree had more than one level,
328 additional hex numbers would be printed for the states of the other
329 rcu_node structures in the tree.
331 As with normal grace periods, PREEMPT_RCU builds can be stalled by
332 tasks as well as by CPUs, and that the tasks will be indicated by PID,
333 for example, "P3421".
335 It is entirely possible to see stall warnings from normal and from
336 expedited grace periods at about the same time during the same run.