전체 흐름
process/syscall 코드는 user/kernel boundary와 task lifetime transaction이다. clone, exec, exit, signal은 모두 task_struct 주변 객체의 reference, namespace, credentials, mm을 재배치한다.
함수 이름보다 입력 객체와 출력 객체를 먼저 본다. 이 토픽에서 어떤 구조체가 생성, 연결, publish, retire되는지 표시한다.
정상 경로와 실패 경로를 함께 확인한다. 성공 경로뿐 아니라 오류 복구, hotplug, 해제 과정에서 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.
왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 실제 상태 변경이 커진다. 각 코드 조각이 어느 단계에 해당하는지 대조한다.
소스 코드 위치
먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일
Linux 6.18.37 LTS: kernel/fork.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/sched/core.c
Linux 6.18.37 LTS: kernel/cred.c
설명: 첫 파일은 보통 진입 함수가 있는 곳이고, 나머지는 구조체 정의, architecture glue, callback 구현을 확인할 때 같이 연다. 파일을 여러 개 놓고 봐야 이 토픽의 boundary가 보인다.
GitHub 원본:
대표 코드
dup_task_struct
lockdep_init_task(&init_task);
uprobes_init();
}
int __weak arch_dup_task_struct(struct task_struct *dst,
struct task_struct *src)
{
*dst = *src;
return 0;
}
void set_task_stack_end_magic(struct task_struct *tsk)
{
unsigned long *stackend;
stackend = end_of_stack(tsk);
*stackend = STACK_END_MAGIC; /* for overflow detection */
}
static struct task_struct *dup_task_struct(struct task_struct *orig, int node)
{
struct task_struct *tsk;
int err;
if (node == NUMA_NO_NODE)
node = tsk_fork_get_node(orig);
tsk = alloc_task_struct_node(node);
if (!tsk)
return NULL;
err = arch_dup_task_struct(tsk, orig);
if (err)
goto free_tsk;
err = alloc_thread_stack_node(tsk, node);
if (err)
goto free_tsk;
#ifdef CONFIG_THREAD_INFO_IN_TASK
확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.
wake_up_new_task
/*
* This is like kernel_clone(), but shaved down and tailored to just
* creating io_uring workers. It returns a created task, or an error pointer.
* The returned task is inactive, and the caller must fire it up through
* wake_up_new_task(p). All signals are blocked in the created task.
*/
struct task_struct *create_io_thread(int (*fn)(void *), void *arg, int node)
{
unsigned long flags = CLONE_FS|CLONE_FILES|CLONE_SIGHAND|CLONE_THREAD|
CLONE_IO;
struct kernel_clone_args args = {
.flags = ((lower_32_bits(flags) | CLONE_VM |
CLONE_UNTRACED) & ~CSIGNAL),
.exit_signal = (lower_32_bits(flags) & CSIGNAL),
.fn = fn,
.fn_arg = arg,
.io_thread = 1,
.user_worker = 1,
};
return copy_process(NULL, 0, node, &args);
}
/*
* Ok, this is the main fork-routine.
*
* It copies the process, and if successful kick-starts
* it and waits for it to finish using the VM if required.
*
* args->exit_signal is expected to be checked for sanity by the caller.
*/
pid_t kernel_clone(struct kernel_clone_args *args)
{
u64 clone_flags = args->flags;
struct completion vfork;
struct pid *pid;
struct task_struct *p;
int trace = 0;
pid_t nr;
확인 사항: 이 코드에서는 반환값보다 상태 변경을 먼저 확인한다. 어느 잠금을 획득한 뒤 어떤 필드를 바꾸는지, 실패 시 어느 레이블로 분기하는지, 변경된 상태를 다음 호출자가 어떤 전제로 사용하는지 추적한다.
함수별 분석
fork/clone의 중심 transaction으로 task_struct와 mm/files/signal/cred/cgroup/scheduler state를 복제 또는 공유한다.
이 섹션은 원본 코드 발췌를 함수 이름 단위로 끊어, 각 함수가 어떤 전제 조건을 만들고 다음 함수가 무엇을 소비하는지 추적한다.
각 노드는 독립 함수가 아니라 전제 조건을 생산하고 소비하는 연결점이다. 코드를 읽을 때는 노드 사이에서 어떤 필드가 바뀌는지 표시한다.
1. dup_task_struct
dup_task_struct 주변에서는 clone_flags를 중심으로 본다. 이 필드는 공유/복제 정책 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 task allocated 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 kernel stack과 task_struct 확보을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: copy 성공 전 publish되는 객체를 놓침
2. wake_up_new_task
wake_up_new_task 주변에서는 task_struct p를 중심으로 본다. 이 필드는 새 task 객체 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 wake_up_new_task 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.
원본 코드에서 볼 순서는 입력 범위 검증, 중심 필드 갱신, 다른 계층에 보이는 publish 지점, 실패 시 되돌림 순서다. 이 네 칸이 맞아야 다음 함수가 runnable 상태 진입을 전제로 삼을 수 있다.
자주 틀리는 해석: error label unwind를 정상 path보다 덜 봄
| 함수 | 입력 | 상태 변경 | 검증 질문 |
|---|---|---|---|
| dup_task_struct | clone_flags, caller context, subsystem 전제 조건 | task allocated: kernel stack과 task_struct 확보 | copy 성공 전 publish되는 객체를 놓침 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
| wake_up_new_task | task_struct p, caller context, subsystem 전제 조건 | wake_up_new_task: runnable 상태 진입 | error label unwind를 정상 path보다 덜 봄 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가 |
구조체와 필드
여기서는 “어떤 구조체가 있다”가 아니라 그 필드가 어느 단계에서 쓰기 가능하고 어느 단계부터 관찰 가능한지를 본다. 필드의 뜻보다 보호 규칙이 먼저다.
필드는 구조체 안에 흩어져 있지만, 실제 실행에서는 위 순서로 의미가 이어진다.
| 필드 | 읽는 법 | 확인 |
|---|---|---|
| clone_flags | 공유/복제 정책 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| task_struct p | 새 task 객체 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| mm/files/fs/sighand | 공유 가능한 하위 객체 | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
| sched_entity | 새 task scheduling state | 누가 쓰고, 누가 보호하고, 언제 lifetime이 끝나는지 원본 코드에서 확인 |
실행 단계와 상태 변화
실행 단계를 따로 정리하면 정상 경로와 실패 경로를 나란히 비교할 수 있다. 커널 문제는 최종 결과보다 준비가 덜 된 중간 상태를 다른 코드에 공개한 뒤, 실패 시 제대로 정리하지 못할 때 자주 발생한다.
화살표는 정상 진행 방향을 나타낸다. 중간 단계에서 실패하면 각 단계의 오류 처리 또는 대체 경로로 이동한다.
| 상태 | 의미 | 진입 조건 | 깨지는 지점 |
|---|---|---|---|
| task allocated | kernel stack과 task_struct 확보 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| subsystems copied | flag별 공유/복제 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| pid published | pid hash에 보임 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
| wake_up_new_task | runnable 상태 진입 | 앞 단계 함수가 전제 조건을 만들고 error path가 정리된 뒤 | 다음 단계가 이 상태를 너무 일찍 소비하거나 늦게 정리할 때 |
불변 조건과 실패 사례
copy_process의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.
상태 필드를 바꾼 뒤 다른 CPU나 하위 계층이 관찰할 수 있다면 lock, barrier, refcount, RCU 중 어느 장치가 visibility를 보장하는지 확인한다.
중간 단계 실패는 성공 단계의 역순으로 되돌아가야 한다. goto label이 많은 코드는 label 이름보다 어느 resource가 이미 획득됐는지를 표로 적는다.
embedded bring-up에서는 panic보다 silence, timeout, deferred probe, interrupt flood처럼 간접 증상으로 드러나는 경우가 많다.
copy 성공 전 publish되는 객체를 놓침
error label unwind를 정상 path보다 덜 봄
CLONE_VM/FILES/SIGHAND 조합 제약을 무시함
계측과 검증
계측은 printk 위치 경쟁이 아니라 가설 검증이다. 먼저 위 상태표에서 멈춘 state를 정하고, 그 state를 바꾸는 함수와 그 결과를 소비하는 함수를 동시에 본다.
| 도구 | 보는 것 | 해석 |
|---|---|---|
| sched_process_fork | copy_process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| perf trace fork | copy_process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| ftrace:copy_process | copy_process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
| BPF kretprobe copy_process | copy_process 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인 | 로그가 찍힌 위치를 완료 시점으로 단정하지 말고, 바로 앞뒤 필드 변경을 원본에서 확인 |
# 예시: tracefs가 켜진 보드에서 토픽별 event를 좁혀 본다.
mount -t tracefs nodev /sys/kernel/tracing
echo function_graph > /sys/kernel/tracing/current_tracer
echo ':mod:*' > /sys/kernel/tracing/set_ftrace_filter
cat /sys/kernel/tracing/trace_pipe
추가 확인 사항
- copy_process 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
- copy_process 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
- 실험으로 확인한다면 'copy 성공 전 publish되는 객체를 놓침' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
- 실험으로 확인한다면 'error label unwind를 정상 path보다 덜 봄' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?