當(dāng)前位置 主頁 > 技術(shù)大全 >
Linux操作系統(tǒng)憑借其開源特性和強(qiáng)大的功能，在服務(wù)器、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用
然而，即使是再穩(wěn)定的系統(tǒng)，也無法完全避免意外崩潰或停機(jī)的情況
為了應(yīng)對(duì)這一問題，Linux內(nèi)核中的Watchdog線程應(yīng)運(yùn)而生，成為系統(tǒng)穩(wěn)定的守護(hù)者
Watchdog的定義與功能 Watchdog，即看門狗，在計(jì)算機(jī)可靠性領(lǐng)域中是一種簡單而有效的檢測(cè)工具
其基本思想是針對(duì)被監(jiān)視的目標(biāo)設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器和一個(gè)閾值，Watchdog會(huì)自己增加計(jì)數(shù)值，并等待被監(jiān)視的目標(biāo)周期性地重置計(jì)數(shù)值
一旦目標(biāo)發(fā)生錯(cuò)誤，沒能及時(shí)重置計(jì)數(shù)值，Watchdog便會(huì)觸發(fā)相應(yīng)的保護(hù)機(jī)制
在Linux系統(tǒng)中，Watchdog線程主要分為硬件看門狗和軟件看門狗兩種
硬件看門狗利用一個(gè)定時(shí)器電路，其定時(shí)輸出連接到電路的復(fù)位端
程序在一定時(shí)間范圍內(nèi)對(duì)定時(shí)器清零（俗稱“喂狗”），因此程序正常工作時(shí)，定時(shí)器總不能溢出，也就不能產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)
如果程序出現(xiàn)故障，不在定時(shí)周期內(nèi)復(fù)位看門狗，就使得看門狗定時(shí)器溢出產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)并重啟系統(tǒng)
軟件看門狗的原理與硬件看門狗類似，只是將硬件電路上的定時(shí)器用處理器的內(nèi)部定時(shí)器代替
這樣可以簡化硬件電路設(shè)計(jì)，但在可靠性方面不如硬件定時(shí)器
例如，如果系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)器自身發(fā)生故障，軟件看門狗就無法檢測(cè)到
軟件看門狗又進(jìn)一步分為用于檢測(cè)soft lockup的普通軟狗（基于時(shí)鐘中斷）和檢測(cè)hard lockup的NMI狗（基于NMI中斷）
Watchdog線程的工作原理 Linux內(nèi)核中的Watchdog線程通過/dev/watchdog這個(gè)字符設(shè)備與用戶空間通信
用戶空間程序一旦打開/dev/watchdog設(shè)備（俗稱“開門放狗”），就會(huì)導(dǎo)致在某一設(shè)定的時(shí)間間隔內(nèi)，如果沒有對(duì)/dev/watchdog執(zhí)行寫操作（即“喂狗操作”），硬件看門狗電路或軟件定時(shí)器就會(huì)重新啟動(dòng)系統(tǒng)
具體來說，Watchdog線程會(huì)周期性地向系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)稱為“喂狗信號(hào)”的特殊信號(hào)
這個(gè)信號(hào)需要由用戶空間的守護(hù)進(jìn)程接收并作出相應(yīng)的響應(yīng)
如果Watchdog正常運(yùn)行，守護(hù)進(jìn)程會(huì)及時(shí)回復(fù)這個(gè)信號(hào)，從而避免系統(tǒng)在運(yùn)行正常時(shí)被Watchdog誤判為故障
如果Watchdog在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未能接收到回復(fù)，它將啟動(dòng)保護(hù)機(jī)制，自動(dòng)重啟系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)恢復(fù)
Watchdog線程的應(yīng)用場(chǎng)景 Watchdog線程在Linux系統(tǒng)中的應(yīng)用非常廣泛，特別是在生產(chǎn)服務(wù)器、云平臺(tái)、邊緣設(shè)備以及嵌入式系統(tǒng)中，其作用尤為突出
由于這些系統(tǒng)往往應(yīng)用在一些關(guān)鍵的場(chǎng)景，例如醫(yī)療設(shè)備、工控系統(tǒng)等，無法忍受故障引起的停機(jī)時(shí)間
Watchdog的存在可以大大提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性，有效地保護(hù)關(guān)鍵數(shù)據(jù)和設(shè)備的安全
在Red Hat企業(yè)Linux中，Watchdog是一個(gè)非常重要的功能，可以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性
它可以監(jiān)控一系列系統(tǒng)指標(biāo)，如CPU利用率、內(nèi)存使用情況、磁盤空間等
當(dāng)任何指標(biāo)超過設(shè)定的閾值時(shí)，Watchdog會(huì)觸發(fā)警報(bào)并嘗試解決問題，如果無法解決，便會(huì)自動(dòng)重啟系統(tǒng)以恢復(fù)正常運(yùn)行
Watchdog線程的類型與實(shí)現(xiàn) Linux內(nèi)核中有多個(gè)Watchdog線程，它們屬于不同模塊，可同時(shí)存在
其中，硬件Watchdog通常獨(dú)立于系統(tǒng)之外，因?yàn)橛歇?dú)立時(shí)鐘，所以不受系統(tǒng)影響的系統(tǒng)故障探測(cè)器，主要用于監(jiān)視硬件錯(cuò)誤
而軟件Watchdog則通過處理器的內(nèi)部定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，包括普通軟狗和NMI狗
普通軟狗基于時(shí)鐘中斷，用于檢測(cè)soft lockup
Soft lockup是指某段內(nèi)核代碼占著CPU不放，嚴(yán)重的情況下會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失去響應(yīng)
軟狗的正常流程是：每個(gè)CPU上都有一個(gè)Watchdog線程，該線程定期調(diào)用Watchdog函數(shù)，更新Watchdog運(yùn)行時(shí)間戳
如果系統(tǒng)在一定時(shí)間內(nèi)沒有更新這個(gè)時(shí)間戳，就會(huì)觸發(fā)soft lockup警報(bào)
NMI狗則基于NMI中斷，用于檢測(cè)hard lockup
Hard lockup發(fā)生在CPU屏蔽中斷的情況下，單個(gè)CPU檢測(cè)中斷是否能夠正常上報(bào)
當(dāng)CPU處于關(guān)中斷狀態(tài)達(dá)到一定時(shí)間時(shí)，會(huì)被判定進(jìn)入hard lockup
NMI狗機(jī)制也是用一個(gè)percpu的hrtimer來喂狗，為了能夠及時(shí)檢測(cè)到hard lockup狀態(tài)，在比中斷優(yōu)先級(jí)更高的NMI上下文進(jìn)行檢測(cè)
此外，Linux內(nèi)核還提供了一個(gè)基于定時(shí)器的純軟件Watchdog驅(qū)動(dòng)，用于那些沒有硬件Watchdog設(shè)備的系統(tǒng)
這個(gè)軟件Watchdog驅(qū)動(dòng)通過系統(tǒng)定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，同樣會(huì)自動(dòng)重啟系統(tǒng)
Watchdog線程的局限性與應(yīng)對(duì)策略 盡管Watchdog線程在系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性方面發(fā)揮著重要作用，但它并不是解決所有問題的銀彈
它僅僅是一個(gè)輔助工具，用于檢測(cè)系統(tǒng)故障并嘗試自動(dòng)修復(fù)
它無法解決由于軟件缺陷或硬件故障引起的所有問題
因此，在使用Watchdog線程時(shí)，我們?nèi)匀恍枰扇∑渌胧﹣泶_保系統(tǒng)的整體穩(wěn)定性
例如，定期備份數(shù)據(jù)、更新軟件和維護(hù)硬件設(shè)備等都是非常重要的
此外，Watchdog線程還可以與其他監(jiān)控系統(tǒng)集成，例如遠(yuǎn)程監(jiān)控和報(bào)警系統(tǒng)，提供更全面的運(yùn)維管理
結(jié)語 Linux Watchdog線程作為系統(tǒng)穩(wěn)定的守護(hù)者，在保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行方面發(fā)揮著不可替代的作用
通過其強(qiáng)大的監(jiān)控和自動(dòng)重啟功能，我們可以有效地降低系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，提
