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RAS(三)Intel MCA-CMCI深度解读

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RAS(三)IntelMCA-CMCI修正的机器检查错误中断(CMCI)是MCA的一个增强特性,它提供了一种基于阈值的错误报告方式。通过这种模式,软件可以配置硬件校正MC错误的阈值,当硬件发生的CE(校正错误)次数达到设定阈值时,会产生一个中断通知软件处理。需要注意的是,CMCI是随MCA引入的特性,最初只能通过软件轮询方式获取CE信息。CMCI中断通知方式的优势在于,每个CE都将通过IRQ处理,不会丢失任何CE;而轮询方式则可能因轮询频率低、存储空间有限等原因导致CE丢失。然而,CMCI并非总是最佳选

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    RAS(三)Intel MCA-CMCI

    修正的机器检查错误中断(CMCI)是MCA的一个增强特性,它提供了一种基于阈值的错误报告方式。通过这种模式,软件可以配置硬件校正MC错误的阈值,当硬件发生的CE(校正错误)次数达到设定阈值时,会产生一个中断通知软件处理。

    需要注意的是,CMCI是随MCA引入的特性,最初只能通过软件轮询方式获取CE信息。CMCI中断通知方式的优势在于,每个CE都将通过IRQ处理,不会丢失任何CE;而轮询方式则可能因轮询频率低、存储空间有限等原因导致CE丢失。然而,CMCI并非总是最佳选择,其缺点在于大量的CE可能引发中断风暴,影响机器性能。在云服务器场景中,CE风暴较为常见,那么Intel服务器是如何解决这一问题的呢?下文将详细说明。

    CMCI机制

    CMCI默认是关闭的,软件需要通过配置IA32_MCG_CAP[10] = 1来启用。

    软件通过IA32_MCi_CTL2 MSR来控制对应Bank的CMCI功能的启用或关闭。

    通过IA32_MCi_CTL2 Bit 14:0设置阈值,如果设置非0,则使用配置的阈值;如果CMCI不支持,则全0;

    CMCI机制如下图所示:

    RAS(三)Intel MCA-CMCI硬件通过比较IA32_MCi_CTL2 Bit 14:0和IA32_MCi_STATUS Bit 52:38,如果数值相等,则溢出事件发送到APIC的CMCI LVT条目。如果MC错误涉及多个处理器,那么CMCI中断会同时发送到这些处理器,例如两个CPU共享的缓存发生CE,这两个CPU都会收到CMCI。

    CMCI初始化

    以Linux v6.3分支为例,内核启用CMCI的代码如下:

    arch/x86/kernel/cpu/mce/intel.c
    void intel_init_cmci(void)
    {
        int banks;
        if (!cmci_supported(&banks))
            return;
        mce_threshold_vector = intel_threshold_interrupt;
        cmci_discover(banks);
        /* 
         * For CPU #0 this runs with still disabled APIC, but that's 
         * ok because only the vector is set up. We still do another 
         * check for the banks later for CPU #0 just to make sure 
         * to not miss any events. 
         */
        apic_write(APIC_LVTCMCI, THRESHOLD_APIC_VECTOR|APIC_DM_FIXED);
        cmci_recheck();
    }
    1. cmci_supported()函数的主要任务包括:

      • 根据内核启动参数"mce=no_cmci,ignore_ce"判断是否启用cmci和ce报告功能
      • 检查硬件是否支持cmci
      • 通过MCG_CMCI_P位判断硬件是否已启用cmci功能
    2. mce_threshold_vector = intel_threshold_interrupt; 声明cmci的中断处理函数为intel_threshold_interrupt();

    3. cmci_discover()函数的主要功能是:

      • 遍历所有banks,通过配置IA32_MCi_CTL2寄存器启用所有bank的cmci功能;
    rdmsrl(MSR_IA32_MCx_CTL2(i), val);
    ...
    val |= MCI_CTL2_CMCI_EN;
    wrmsrl(MSR_IA32_MCx_CTL2(i), val);
    rdmsrl(MSR_IA32_MCx_CTL2(i), val);
    • 设置cmci阈值,代码如下:
    #define CMCI_THRESHOLD 1
    if (!mca_cfg.bios_cmci_threshold) {
        val &= ~MCI_CTL2_CMCI_THRESHOLD_MASK;
        val |= CMCI_THRESHOLD;
    } else if (!(val & MCI_CTL2_CMCI_THRESHOLD_MASK)) {
        /* 
         * If bios_cmci_threshold boot option was specified 
         * but the threshold is zero, we'll try to initialize 
         * it to 1. 
         */
        bios_zero_thresh = 1;
        val |= CMCI_THRESHOLD;
    }

    如果用户未通过启动参数"mce=bios_cmci_threshold"配置值,则val = CMCI_THRESHOLD,为1;

    如果启动参数"mce=bios_cmci_threshold"配置,那么表示bios已配置阈值,即val & MCI_CTL2_CMCI_THRESHOLD_MASK不为0,跳过else if判断,采用bios配置值;如果bios未配置值,val & MCI_CTL2_CMCI_THRESHOLD_MASK为0,那么驱动将阈值初始化为1。

    1. cmci_recheck()

      cmci_recheck函数通过调用machine_check_poll(),检查CPU #0是否有遗漏的CE&UCE事件。

    CMCI处理

    cmci中断处理函数为intel_threshold_interrupt(),定义在arch/x86/kernel/cpu/mce/intel.c:

    /* 
     * The interrupt handler. This is called on every event. 
     * Just call the poller directly to log any events. 
     * This could in theory increase the threshold under high load, 
     * but doesn't for now. 
     */
    static void intel_threshold_interrupt(void)
    {
        if (cmci_storm_detect())
            return;
        machine_check_poll(MCP_TIMESTAMP, this_cpu_ptr(&mce_banks_owned));
    }
    1. cmci_storm_detect()函数主要是对cmci风暴的处理,代码如下:
    static bool cmci_storm_detect(void)
    {
        unsigned int cnt = __this_cpu_read(cmci_storm_cnt);
        unsigned long ts = __this_cpu_read(cmci_time_stamp);
        unsigned long now = jiffies;
        int r;
        if (__this_cpu_read(cmci_storm_state) != CMCI_STORM_NONE)
            return true;
        if (time_before_eq(now, ts + CMCI_STORM_INTERVAL)) {
            cnt++;
        } else {
            cnt = 1;
            __this_cpu_write(cmci_time_stamp, now);
        }
        __this_cpu_write(cmci_storm_cnt, cnt);
        if (cnt >= CMCI_STORM_THRESHOLD) {
            cmci_toggle_interrupt_mode();
            return true;
        }
        return false;
    }

    该函数通过jiffies,判断固定时间内发生的cmci次数是否大于CMCI_STORM_THRESHOLD(15),如果不是则返回,否则说明发生了cmci风暴,则执行cmci_toggle_interrupt_mode()关闭cmci功能,切换为轮询模式,通过轮询方式获取事件;

    1. 在非cmci风暴情况下,通过machine_check_poll(MCP_TIMESTAMP, this_cpu_ptr(&mce_banks_owned))函数获取并记录故障信息。

      参数1定义如下,MCP_TIMESTAMP表示会记录当前TSC:

    enum mcp_flags {
        MCP_TIMESTAMP = BIT(0), /* log time stamp */
        MCP_UC = BIT(1), /* log uncorrected errors */
        MCP_DONTLOG = BIT(2), /* only clear, don't log */
    };

    machine_check_poll函数的主要功能是通过读取IA32_MCG_STATUS、IA32_MCi_STATUS寄存器信息和CPU的ip、cs等相关信息,然后对故障进行分类,将CE事件或其他类型的故障事件记录到/dev/mcelog。用户可以通过读取/dev/mcelog获取错误记录。

    执行流程如下,过程说明在代码注释中:

    bool machine_check_poll(enum mcp_flags flags, mce_banks_t *b)
    {
        if (flags & MCP_TIMESTAMP)
            m.tsc = rdtsc(); // 记录当前TSC
        /* CE Error记录 */
        /* If this entry is not valid, ignore it */
        if (!(m.status & MCI_STATUS_VAL))
            continue;
        /* 
         * If we are logging everything (at CPU online) or this 
         * is a corrected error, then we must log it. 
         */
        if ((flags & MCP_UC) || !(m.status & MCI_STATUS_UC))
            goto log_it;
        /* UCNA Error记录 */
        /* 
         * Log UCNA (SDM: 15.6.3 "UCR Error Classification") 
         * UC == 1 && PCC == 0 && S == 0 
         */
        if (!(m.status & MCI_STATUS_PCC) && !(m.status & MCI_STATUS_S))
            goto log_it;
        /* 通过mce_log记录故障信息 */
        log_it:
        /* 
         * Don't get the IP here because it's unlikely to 
         * have anything to do with the actual error location. 
         */
        if (!(flags & MCP_DONTLOG) && !mca_cfg.dont_log_ce)
            mce_log(&m);
        else if (mce_usable_address(&m)) {
            /* 
             * Although we skipped logging this, we still want 
             * to take action. Add to the pool so the registered 
             * notifiers will see it. 
             */
            if (!mce_gen_pool_add(&m))
                mce_schedule_work();
        }
    }

    总结一下,CMCI是MCA的一个增强特性,主要用于将硬件CE、UCNA等类型故障通过中断方式报告给软件,软件收到中断后,执行中断处理函数intel_threshold_interrupt(),采取IRQ模式或轮询模式记录错误信息到/dev/mcelog,用户态可以通过/dev/mcelog获取硬件故障信息。

    参考文档:《Intel® 64 and IA-32 Architectures Software Developer’s Manual》

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