CN109271206B - 一种异常现场的内存压缩和保存方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种异常现场的内存压缩和保存方法，包括如下步骤：步骤S1，提供一系统，当所述系统发生重新启动时，在系统引导过程中判断重新启动的原因是否符合预设条件，如不符合则正常重新启动并退出；步骤S2，压缩系统内存中的数据并保存至所述系统内存中一预设位置；步骤S3，在初始化系统过程中将保存在所述预设位置的所述数据转存至一非易失性存储器中，本发明无需预留特定内存，能够将异常信息数据进行完整压缩并原址存放在系统内存中，节约了存储空间。

Description

一种异常现场的内存压缩和保存方法
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种异常现场的内存压缩和保存方法。
背景技术
当计算机应用程序在运行中遇到异常，比如内存访问越界、内存破坏等问题时，平台的系统内核通常会打印异常现场的调用栈以及CPU的寄存器信息，以给问题定位提供必要帮助。但是受限于设备运行速度、性能、存储空间等诸多因素，异常现场的打印内容往往很有限，导致平台无法准确定位问题数据的来源，也就无法精准分析异常情况发生的原因。
针对上述问题，现有技术中，系统内核通常都会提供异常现场转存机制，能够在发生异常的时候将内存的一些日志信息、内存状态、内核关键数据结构、堆栈指针等内容存储到指定路径或者预留在内存中。但由于现有的异常现场转存机制通常需要预留一定量的内存空间，这部分内存在内核正常运行时对内核不可见，也就减少了设备的可用内存空间。有些异常现场转存机制则通过提供当前地址的空间镜像来存储异常信息数据，这将导致产生的存储文件过大，会占用较大的存储空间。并且，现有的异常现场转存机制不能在除一些崩溃信号以外的异常状态下被触发，妨碍了对系统的一些突发异常情况的分析。
发明内容
鉴于上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种异常现场的内存压缩和保存方法，该异常现场的内存压缩和保存方法通过记忆转储方法实现，以解决上述技术问题。
本发明解决其技术问题采取的技术方案在于，提供一种异常现场的内存压缩和保存方法，包括如下步骤：
步骤S1，提供一系统，当所述系统发生重新启动时，在系统引导过程中判断重新启动的原因是否符合预设条件，如不符合则正常重新启动并退出；
步骤S2，压缩系统内存中的数据并保存至所述系统内存中一预设位置；
步骤S3，在初始化系统过程中将保存在所述预设位置的所述数据转存至一非易失性存储器中。
作为本发明的一种优选方案，所述预设条件为根据系统监控装置发出的重启指令进行重新启动，或者因为内核卡死进行重新启动。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2结束后，所述步骤S3开始之前，进行内核引导，并将所述预设地址作为启动环境的一部分。
作为本发明的一种优选方案，所述内核引导成功后，初始化内存镜像程序，并创建对应所述数据的文件系统节点。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S4中转存所述数据之前，检测所述文件系统节点是否与所述数据的存储位置对应，如对应则通过所述内存镜像程序转存所述数据至所述非易失性存储器。
作为本发明的一种优选方案，所述系统监控装置为硬件看门狗。
作为本发明的一种优选方案，所述系统为Linux系统。
作为本发明的一种优选方案，所述系统内存为DDR存储器。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，压缩所述数据的方法为原址压缩。
作为本发明的一种优选方案，通过一引导加载程序启动所述系统，在所述引导加载程序的第二阶段判断重新启动的原因是否符合预设条件。
与现有技术相比，本发明具有如下特性：
1、无需预留特定内存，减少了对存储空间的占用。
2、在完成数据压缩后能够将压缩后的数据保存到平台的非易失存储介质上，不用担心压缩数据会丢失。而且在存储器中存储的异常现场压缩数据可以很方便的拷贝到外部作解压分析。
附图说明
图1为本发明提供的异常信息的内存压缩和保存方法的实施例的实现流程图；
图2为本发明实施例的存储配置和压缩控制过程示意图；
图3为本发明实施例的存储配置分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
请参照图1，本发明提供的一种异常现场的内存压缩和保存方法，包括如下步骤：
步骤S1，提供一系统，当系统发生重新启动时，在系统引导过程中判断重新启动的原因是否符合预设条件，如不符合则正常重新启动并退出；
步骤S2，压缩系统内存中的数据保存至系统内存中一预设位置；
步骤S3，在初始化系统过程中将保存在预设位置的数据转存至一非易失性存储器中。
上述技术方案中，当系统发生重新启动时在系统引导过程中判断重新启动的原因，此处，预设条件可以根据需要来设置，比如预设条件可以包括系统监控装置触发的重新启动，该系统监控装置包括但不限于硬件看门狗；预设条件还可以包括因系统内核卡死引起的重新启动。需要指出的是，上述预设条件当然也可以包括现有技术中如内核崩溃的原因触发的重新启动。
判断重新启动的原因可以在系统启动的第二阶段进行，计算机系统尤其是嵌入式计算机系统通常通过一引导加载程序(BootLoader)启动系统如UBoot，BootLoader启动系统通常分为两个阶段。
第一阶段BL1通常由汇编语言完成，其功能如下：
(1)硬件设备初始化；
(2)为加载BootLoader的第二个阶段代码准备系统内存空间；
(3)复制BootLoader的第二个阶段代码到系统内存中；
(4)设置栈；
(5)跳转到第二阶段代码的C入口点。
第二阶段BL2通常由C语言完成，其功能如下：
(1)初始化本阶段要使用到的硬件设备；
(2)检测系统内存映射；
(3)将内核映像和根文件系统从外部存储器上读到系统内存空间中；
(4)为内核设置启动参数；
(5)调用内核。
即，上述技术方案中，判断系统重新启动的原因在BL2阶段中进行，将上述技术方案的入口设置于BL2阶段，即可通过C语言完成程序编制，降低了编程难度，同时提高了程序的通用性。
如果系统重启的原因不满足上述的预设条件，如系统是根据操作者的要求进行重新启动的，则退出整个流程，按照正常的步骤重新启动系统。
如当前的重新启动原因符合上述的预设条件，则对系统内存中的数据进行压缩，并将压缩后的数据保存至系统内存中一预设位置，作为一种优选的实施方式，数据压缩的方法可采用原址压缩。通过原址压缩的方式既可减少系统内存的占用，又可避免划分专用内存空间来保存压缩后的数据。
在上述技术方案基础上，进一步的，于上述步骤S2结束后，步骤S3开始之前，BL2阶段跳转到BL31阶段，BL32阶段，BL33阶段执行后，BL33阶段中进行内核引导，此时可将并将预设位置作为启动参数的一部分，从而在内核调用过程中保留该部分内存空间，防止该部分内存空间内存储的内容在内核调用过程中被覆盖。
以Linux系统为例，在BL33阶段引导内核(Boot Kernel)步骤时，将上述预设位置的首地址及偏移量作为bootargs参数传递给内核(Kernel)，使Kernel在Boot过程中不使用该段内存空间。
于上述技术方案基础上，进一步的，当内核完成引导后，对内存镜像程序进行初始化，并创建对应被压缩后的数据的文件系统节点。
以Linux系统为例，Kernel被启动后可对memory dump的驱动程序进行初始化，并创建对应压缩后的数据的sysfs节点。
与上述技术方案基础上进一步的，于步骤S3中，在初始化系统过程中将保存在预设位置的压缩后的数据转存至一非易失性存储器中，随后重新启动。
以Linux系统为例，Kernel完成启动后初始化程序(init)阶段，在init rc脚本中执行memory dump的脚本，该脚本检查memory dump驱动的sysfs节点是否存在有效的压缩后的数据，如存在，则在脚本中将压缩后的数据从对应sysfs节点写入非易失性存储器中对应的数据分区，随后重新启动系统，如sysfs节点不存在有效的压缩后的数据则退出流程，正常启动系统。
上述写入数据分区的压缩后的数据可在随后被拷贝至外部的计算机进行分析，从而确定系统重新启动的故障原因。
优选的，系统内存可采用DDR存储器，进一步优选的，非易失性存储器可采用EMMC存储器。
于上述技术方案基础上，进一步的，以具有2GB容量DDR存储器系统内存以及16GB容量EMMC存储器的硬件系统为例，请参照图2，图2的A部分展示了DDR存储器的存储配置。区域A1为划定的压缩数据存放区域，由一个start buffer(起始缓冲的内存区间)指针指向其首地址。区域A2为压缩程序的代码执行区域和临时压缩缓冲的内存区间。优选的，压缩程序可采用LZ4算法，LZ4算法的压缩率能达到30％～50％左右，并且其压缩速度非常快，在BL2阶段的环境下能在20～30秒左右的时间完成对2GB内存的压缩，编译完之后的压缩和控制算法只占据7KB左右的代码空间。因为压缩程序的代码占用的空间较小，如果硬件系统有足够的SRAM(静态随机存储存储器)，压缩程序的代码和临时压缩缓冲的内存区间也可以放到静态随机存储存储器中去，这样就不用找预留的缓冲内存区间了。
图2中的B、C、D部分展示了原址压缩控制过程：
压缩程序首先从划定压缩数据存放的区域，即图中标记B1的区域开始压缩，并且将压缩好的数据原址存放到以start buffer指针指向的位置为首地址的内存空间中。这样一来区域B1就有一部分空闲空间可以用来存放新的压缩数据。因为原始数据已经被压缩存放了，所以剩下的空间即使被破坏也没有影响。之所以先从区域B1开始压缩的原因，是因为如果从别的区域开始压缩，并且最终将数据存放到区域B1的话，会破坏未压缩之前于区域B1中存储的数据内容；然后按照顺序依次将剩下的内存区域B2、B3、B4逐步压缩并顺序排列存放到区域B1中剩余的空闲空间里面。
请参照图3，本发明对整个2GB DDR存储器的空间划分为四个区段：
区段1、为地址0x10000000-0x80000000的内存空间，共1792MB，作为第一压缩区域，并且选定0x10000000作为压缩数据的存放首地址，即start buffer指针指向的位置。压缩率按较差的50％左右估算，2GB内容全部压缩理论上需要1GB空间，从0x10000000开始留有1792MB空间，因此不存在溢出的可能；
区段2、为地址0x00000000-0x05000000的内存空间，共80MB，作为第二压缩区域；
区段3、为地址0x05000000-0x05300000的内存空间，共3MB，作为第三压缩区域，该区域特殊标记，只填充0，并不压缩；
区段4、为地址0x05300000-0x10000000的内存空间，共173MB，作为第四压缩区域。
需要说明的是，其中，0x05200000-0x05300000为压缩代码执行区域和临时压缩缓冲的内存区间，0x05200000-0x05300000的内存大小为1MB。
将压缩代码加载到地址：0x05200000处运行，编译后的压缩代码仅7KB左右；
将压缩代码的stack pointer(堆栈指针)指向0x05210000。栈和代码共计使用64KB空间；
将0x05210000-0x05230000这128KB作为MMU(内存管理单元)存放的区域；
将0x05230000-0x05290000的共384KB内存作为临时压缩工作缓冲区；
将0x05290000-0x052F0000的共384KB作为临时压缩数据输出缓冲区。
正是因为压缩算法的代码非常小巧，所需的缓冲内存也很小，所以本发明提供的异常现场的内存压缩和保存方法不用像现有的异常现场转存机制一样预留特定内存空间。
上述技术方案，不需要第三方工具、不会出现现场丢失，使得其易于使用，尤其能方便的部署到产品中作为一个无缝插入的调试手段，可以在产线或者用户环境下很容易的收集异常现场的所有数据信息，对于分析和定位代码缺陷，提高产品质量和稳定性有很大的帮助。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，提供一系统，当所述系统发生重新启动时，在系统引导过程中判断重新启动的原因是否符合预设条件，如不符合则正常重新启动并退出；
步骤S2，压缩系统内存中的数据并保存至所述系统内存中一预设位置；
所述步骤S2中，压缩所述数据的方法为原址压缩；
步骤S3，在初始化系统过程中将保存在所述预设位置的所述数据转存至一非易失性存储器中；
所述步骤S2结束后，所述步骤S3开始之前，进行内核引导，并将所述预设位置作为启动环境的一部分；
原址压缩控制过程包括：
压缩程序首先从划定压缩数据存放的区域开始压缩，并且将压缩好的数据原址存放到以起始缓冲的内存区间指针指向的位置为首地址的内存空间中，然后按照顺序依次将剩下的内存区域逐步压缩并顺序排列存放到划定的所述压缩数据存放的区域中剩余的空闲空间里面。
2.如权利要求1所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，所述预设条件为根据系统监控装置发出的重启指令进行重新启动，或者因为内核卡死进行重新启动。
3.如权利要求1所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，所述内核引导成功后，初始化内存镜像程序，并创建对应所述数据的文件系统节点。
4.如权利要求3中所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，所述步骤S3中转存所述数据之前，检测所述文件系统节点是否与所述数据的存储位置对应，如对应则通过所述内存镜像程序转存所述数据至所述非易失性存储器。
5.如权利要求2所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，所述系统监控装置为硬件看门狗。
6.如权利要求1所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，所述系统为Linux系统。
7.如权利要求1所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，所述系统内存为DDR存储器。
8.如权利要求1所述的一种异常现场的内存压缩和保存方法，其特征在于，通过一引导加载程序启动所述系统，在所述引导加载程序的第二阶段判断重新启动的原因是否符合预设条件。
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