Merge existing fixes from spi/for-5.12
[linux-2.6-microblaze.git] / Documentation / RCU / stallwarn.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
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3 ==============================
4 Using RCU's CPU Stall Detector
5 ==============================
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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.
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13 What Causes RCU CPU Stall Warnings?
14 ===================================
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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:
19
20 -       A CPU looping in an RCU read-side critical section.
21
22 -       A CPU looping with interrupts disabled.
23
24 -       A CPU looping with preemption disabled.
25
26 -       A CPU looping with bottom halves disabled.
27
28 -       For !CONFIG_PREEMPTION 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().
32
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.
39
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.
46
47 -       A CPU-bound real-time task in a CONFIG_PREEMPTION 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 -       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         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.
70
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.
78
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!
84
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.
89
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.  It can also result in
96         the ``rcu_.*timer wakeup didn't happen for`` console-log message,
97         which will include additional debugging information.
98
99 -       A bug in the RCU implementation.
100
101 -       A hardware failure.  This is quite unlikely, but has occurred
102         at least once in real life.  A CPU failed in a running system,
103         becoming unresponsive, but not causing an immediate crash.
104         This resulted in a series of RCU CPU stall warnings, eventually
105         leading the realization that the CPU had failed.
106
107 The RCU, RCU-sched, and RCU-tasks implementations have CPU stall warning.
108 Note that SRCU does -not- have CPU stall warnings.  Please note that
109 RCU only detects CPU stalls when there is a grace period in progress.
110 No grace period, no CPU stall warnings.
111
112 To diagnose the cause of the stall, inspect the stack traces.
113 The offending function will usually be near the top of the stack.
114 If you have a series of stall warnings from a single extended stall,
115 comparing the stack traces can often help determine where the stall
116 is occurring, which will usually be in the function nearest the top of
117 that portion of the stack which remains the same from trace to trace.
118 If you can reliably trigger the stall, ftrace can be quite helpful.
119
120 RCU bugs can often be debugged with the help of CONFIG_RCU_TRACE
121 and with RCU's event tracing.  For information on RCU's event tracing,
122 see include/trace/events/rcu.h.
123
124
125 Fine-Tuning the RCU CPU Stall Detector
126 ======================================
127
128 The rcuupdate.rcu_cpu_stall_suppress module parameter disables RCU's
129 CPU stall detector, which detects conditions that unduly delay RCU grace
130 periods.  This module parameter enables CPU stall detection by default,
131 but may be overridden via boot-time parameter or at runtime via sysfs.
132 The stall detector's idea of what constitutes "unduly delayed" is
133 controlled by a set of kernel configuration variables and cpp macros:
134
135 CONFIG_RCU_CPU_STALL_TIMEOUT
136 ----------------------------
137
138         This kernel configuration parameter defines the period of time
139         that RCU will wait from the beginning of a grace period until it
140         issues an RCU CPU stall warning.  This time period is normally
141         21 seconds.
142
143         This configuration parameter may be changed at runtime via the
144         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_timeout, however
145         this parameter is checked only at the beginning of a cycle.
146         So if you are 10 seconds into a 40-second stall, setting this
147         sysfs parameter to (say) five will shorten the timeout for the
148         -next- stall, or the following warning for the current stall
149         (assuming the stall lasts long enough).  It will not affect the
150         timing of the next warning for the current stall.
151
152         Stall-warning messages may be enabled and disabled completely via
153         /sys/module/rcupdate/parameters/rcu_cpu_stall_suppress.
154
155 RCU_STALL_DELAY_DELTA
156 ---------------------
157
158         Although the lockdep facility is extremely useful, it does add
159         some overhead.  Therefore, under CONFIG_PROVE_RCU, the
160         RCU_STALL_DELAY_DELTA macro allows five extra seconds before
161         giving an RCU CPU stall warning message.  (This is a cpp
162         macro, not a kernel configuration parameter.)
163
164 RCU_STALL_RAT_DELAY
165 -------------------
166
167         The CPU stall detector tries to make the offending CPU print its
168         own warnings, as this often gives better-quality stack traces.
169         However, if the offending CPU does not detect its own stall in
170         the number of jiffies specified by RCU_STALL_RAT_DELAY, then
171         some other CPU will complain.  This delay is normally set to
172         two jiffies.  (This is a cpp macro, not a kernel configuration
173         parameter.)
174
175 rcupdate.rcu_task_stall_timeout
176 -------------------------------
177
178         This boot/sysfs parameter controls the RCU-tasks stall warning
179         interval.  A value of zero or less suppresses RCU-tasks stall
180         warnings.  A positive value sets the stall-warning interval
181         in seconds.  An RCU-tasks stall warning starts with the line:
182
183                 INFO: rcu_tasks detected stalls on tasks:
184
185         And continues with the output of sched_show_task() for each
186         task stalling the current RCU-tasks grace period.
187
188
189 Interpreting RCU's CPU Stall-Detector "Splats"
190 ==============================================
191
192 For non-RCU-tasks flavors of RCU, when a CPU detects that it is stalling,
193 it will print a message similar to the following::
194
195         INFO: rcu_sched detected stalls on CPUs/tasks:
196         2-...: (3 GPs behind) idle=06c/0/0 softirq=1453/1455 fqs=0
197         16-...: (0 ticks this GP) idle=81c/0/0 softirq=764/764 fqs=0
198         (detected by 32, t=2603 jiffies, g=7075, q=625)
199
200 This message indicates that CPU 32 detected that CPUs 2 and 16 were both
201 causing stalls, and that the stall was affecting RCU-sched.  This message
202 will normally be followed by stack dumps for each CPU.  Please note that
203 PREEMPT_RCU builds can be stalled by tasks as well as by CPUs, and that
204 the tasks will be indicated by PID, for example, "P3421".  It is even
205 possible for an rcu_state stall to be caused by both CPUs -and- tasks,
206 in which case the offending CPUs and tasks will all be called out in the list.
207
208 CPU 2's "(3 GPs behind)" indicates that this CPU has not interacted with
209 the RCU core for the past three grace periods.  In contrast, CPU 16's "(0
210 ticks this GP)" indicates that this CPU has not taken any scheduling-clock
211 interrupts during the current stalled grace period.
212
213 The "idle=" portion of the message prints the dyntick-idle state.
214 The hex number before the first "/" is the low-order 12 bits of the
215 dynticks counter, which will have an even-numbered value if the CPU
216 is in dyntick-idle mode and an odd-numbered value otherwise.  The hex
217 number between the two "/"s is the value of the nesting, which will be
218 a small non-negative number if in the idle loop (as shown above) and a
219 very large positive number otherwise.
220
221 The "softirq=" portion of the message tracks the number of RCU softirq
222 handlers that the stalled CPU has executed.  The number before the "/"
223 is the number that had executed since boot at the time that this CPU
224 last noted the beginning of a grace period, which might be the current
225 (stalled) grace period, or it might be some earlier grace period (for
226 example, if the CPU might have been in dyntick-idle mode for an extended
227 time period.  The number after the "/" is the number that have executed
228 since boot until the current time.  If this latter number stays constant
229 across repeated stall-warning messages, it is possible that RCU's softirq
230 handlers are no longer able to execute on this CPU.  This can happen if
231 the stalled CPU is spinning with interrupts are disabled, or, in -rt
232 kernels, if a high-priority process is starving RCU's softirq handler.
233
234 The "fqs=" shows the number of force-quiescent-state idle/offline
235 detection passes that the grace-period kthread has made across this
236 CPU since the last time that this CPU noted the beginning of a grace
237 period.
238
239 The "detected by" line indicates which CPU detected the stall (in this
240 case, CPU 32), how many jiffies have elapsed since the start of the grace
241 period (in this case 2603), the grace-period sequence number (7075), and
242 an estimate of the total number of RCU callbacks queued across all CPUs
243 (625 in this case).
244
245 In kernels with CONFIG_RCU_FAST_NO_HZ, more information is printed
246 for each CPU::
247
248         0: (64628 ticks this GP) idle=dd5/3fffffffffffffff/0 softirq=82/543 last_accelerate: a345/d342 dyntick_enabled: 1
249
250 The "last_accelerate:" prints the low-order 16 bits (in hex) of the
251 jiffies counter when this CPU last invoked rcu_try_advance_all_cbs()
252 from rcu_needs_cpu() or last invoked rcu_accelerate_cbs() from
253 rcu_prepare_for_idle(). "dyntick_enabled: 1" indicates that dyntick-idle
254 processing is enabled.
255
256 If the grace period ends just as the stall warning starts printing,
257 there will be a spurious stall-warning message, which will include
258 the following::
259
260         INFO: Stall ended before state dump start
261
262 This is rare, but does happen from time to time in real life.  It is also
263 possible for a zero-jiffy stall to be flagged in this case, depending
264 on how the stall warning and the grace-period initialization happen to
265 interact.  Please note that it is not possible to entirely eliminate this
266 sort of false positive without resorting to things like stop_machine(),
267 which is overkill for this sort of problem.
268
269 If all CPUs and tasks have passed through quiescent states, but the
270 grace period has nevertheless failed to end, the stall-warning splat
271 will include something like the following::
272
273         All QSes seen, last rcu_preempt kthread activity 23807 (4297905177-4297881370), jiffies_till_next_fqs=3, root ->qsmask 0x0
274
275 The "23807" indicates that it has been more than 23 thousand jiffies
276 since the grace-period kthread ran.  The "jiffies_till_next_fqs"
277 indicates how frequently that kthread should run, giving the number
278 of jiffies between force-quiescent-state scans, in this case three,
279 which is way less than 23807.  Finally, the root rcu_node structure's
280 ->qsmask field is printed, which will normally be zero.
281
282 If the relevant grace-period kthread has been unable to run prior to
283 the stall warning, as was the case in the "All QSes seen" line above,
284 the following additional line is printed::
285
286         kthread starved for 23807 jiffies! g7075 f0x0 RCU_GP_WAIT_FQS(3) ->state=0x1 ->cpu=5
287
288 Starving the grace-period kthreads of CPU time can of course result
289 in RCU CPU stall warnings even when all CPUs and tasks have passed
290 through the required quiescent states.  The "g" number shows the current
291 grace-period sequence number, the "f" precedes the ->gp_flags command
292 to the grace-period kthread, the "RCU_GP_WAIT_FQS" indicates that the
293 kthread is waiting for a short timeout, the "state" precedes value of the
294 task_struct ->state field, and the "cpu" indicates that the grace-period
295 kthread last ran on CPU 5.
296
297 If the relevant grace-period kthread does not wake from FQS wait in a
298 reasonable time, then the following additional line is printed::
299
300         kthread timer wakeup didn't happen for 23804 jiffies! g7076 f0x0 RCU_GP_WAIT_FQS(5) ->state=0x402
301
302 The "23804" indicates that kthread's timer expired more than 23 thousand
303 jiffies ago.  The rest of the line has meaning similar to the kthread
304 starvation case.
305
306 Additionally, the following line is printed::
307
308         Possible timer handling issue on cpu=4 timer-softirq=11142
309
310 Here "cpu" indicates that the grace-period kthread last ran on CPU 4,
311 where it queued the fqs timer.  The number following the "timer-softirq"
312 is the current ``TIMER_SOFTIRQ`` count on cpu 4.  If this value does not
313 change on successive RCU CPU stall warnings, there is further reason to
314 suspect a timer problem.
315
316
317 Multiple Warnings From One Stall
318 ================================
319
320 If a stall lasts long enough, multiple stall-warning messages will be
321 printed for it.  The second and subsequent messages are printed at
322 longer intervals, so that the time between (say) the first and second
323 message will be about three times the interval between the beginning
324 of the stall and the first message.
325
326
327 Stall Warnings for Expedited Grace Periods
328 ==========================================
329
330 If an expedited grace period detects a stall, it will place a message
331 like the following in dmesg::
332
333         INFO: rcu_sched detected expedited stalls on CPUs/tasks: { 7-... } 21119 jiffies s: 73 root: 0x2/.
334
335 This indicates that CPU 7 has failed to respond to a reschedule IPI.
336 The three periods (".") following the CPU number indicate that the CPU
337 is online (otherwise the first period would instead have been "O"),
338 that the CPU was online at the beginning of the expedited grace period
339 (otherwise the second period would have instead been "o"), and that
340 the CPU has been online at least once since boot (otherwise, the third
341 period would instead have been "N").  The number before the "jiffies"
342 indicates that the expedited grace period has been going on for 21,119
343 jiffies.  The number following the "s:" indicates that the expedited
344 grace-period sequence counter is 73.  The fact that this last value is
345 odd indicates that an expedited grace period is in flight.  The number
346 following "root:" is a bitmask that indicates which children of the root
347 rcu_node structure correspond to CPUs and/or tasks that are blocking the
348 current expedited grace period.  If the tree had more than one level,
349 additional hex numbers would be printed for the states of the other
350 rcu_node structures in the tree.
351
352 As with normal grace periods, PREEMPT_RCU builds can be stalled by
353 tasks as well as by CPUs, and that the tasks will be indicated by PID,
354 for example, "P3421".
355
356 It is entirely possible to see stall warnings from normal and from
357 expedited grace periods at about the same time during the same run.