LINUX云服务器进程D状态问题分析

问题描述

在Linux系统环境，进程在内核模式下等待I/O完成时通常会进入不间断睡眠状态，此时使用ps或top命令输出的进程显示为D状态。

问题分析

在正常情况下，不间断状态只持续几分之一秒。但是，异常情况下，进程可能会停留在此状态更长的时间或（在最坏的情况下）无限期地停留。这种状态下，即使使用“kill -9”也无法杀死进程，因为在进程唤醒之前，kill信号无法传递给进程。

要确定进程不可中断的原因，就需要找出进程正在等待什么的更多信息。

从RHEL5.5 版开始，RHEL包含一个内核线程，用于监视停留在D状态超过指定超时时间的进程。默认情况下，超时时间为120秒，可以使用内核参数 kernel.hung_task_timeout 修改或禁用它。当检测到此类进程时，该内核线程将有关该进程的信息（包括其内核堆栈跟踪）转储到 /var/log/messages。 

我们也可以使用sysrq工具将有关进程的信息发送到/var/log/messages。

实验模拟

在CentOS 8.2环境模拟一个处于D状态的进程并进行实验分析：使用LVM卷的 suspend 特性，暂停IO，使得上层应用程序处于D状态。

（1）使用losetup创建一个卷作为pv的磁盘。

# dd if=/dev/zero of=/tmp/diskfile count=2048 bs=1M

# losetup --show -f /tmp/diskfile

（2）使用/dev/loop0创建pv, vg和lv。

# pvcreate /dev/loop0

# vgcreate vg01 /dev/loop0

# lvcreate -n lv01 -L 1G vg01

（3）在lv上创建一个文件系统并挂载到/mnt目录。

# mkfs.ext4 /dev/vg01/lv01

# mount /dev/vg01/lv01 /mnt

 （4）写IO同时暂停 lv。

# dmsetup suspend /dev/vg01/lv01 && dd if=/dev/urandom of=/mnt/iotest.img count=1024 bs=1M

此时，该进程就会处于D状态，命令不会返回到shell提示符。

可以通过另一个 shell 终端来查看这个进程：

# ps axl | awk ‘$10 ~ /D/’ （5）分析/var/log/messages日志文件。

在当前实验场景，我们通过暂停进程使用的lv，使进程的IO操作发生阻塞，模拟出D进程现象。我们从/var/log/messages也看到了较为详细的相关日志信息。 

在实际生产环境中，当出现D进程时，进程无法被杀死，通常需要重新启动系统来解决问题。/var/log/messages日志中也并不一定会有相关日志信息输出。这时我们可以使用sysrq工具手动从内核收集D进程信息，以进行问题分析。

# less /var/log/messages

我们依旧在当前实验环境使用sysrq工具进行手动从内核收集D进程信息的实验操作：

启用sysrq的功能：

# echo 1 > /proc/sys/kernel/sysrq

转储处于不可中断（阻塞）状态的任务。

# echo w > /proc/sysrq-trigger

将当前任务列表及其信息转储到您的控制台。

# echo t > /proc/sysrq-trigger

显示所有活动 CPU 的堆栈回溯。

# echo l > /proc/sysrq-trigger

这会将任务和线程信息转储到/var/log/messages：

问题解决

将任务和线程信息转储到/var/log/messages，恢复lv的IO：

# dmsetup resume /dev/vg01/lv01

恢复LV的IO后，进程状态也由D变为R   

    背景知识

    1、LINUX进程的几种状态：

（1）TASK_RUNNING：（R）

进程当前正在运行，或者正在运行队列中等待调度。只有在该状态的进程才可能在CPU上运行，同一时刻可能有多个进程处于运行状态。

（2）TASK_INTERRUPTIBLE：(S)

进程处于睡眠状态，处于这个状态的进程因为等待某事件的发生（比如等待socket连接、等待信号量），而被挂起。当这些事件发生时，对应的等待队列中的一个或多个进程将被唤醒。一般情况下，进程列表中的绝大多数进程都处于TASK_INTERRUPTIBLE状态。进程可以被信号中断。接收到信号或被显式的唤醒呼叫唤醒之后，进程将转变为TASK_RUNNING 状态。

（3）TASK_UNINTERRUPTIBLE：(D)

不可中断的睡眠状态,此进程状态类似于 TASK_INTERRUPTIBLE，只是它不会处理信号。不可中断，指的是进程不响应异步信号，无法用kill命令关闭处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程。

（4）TASK_STOPPED：

进程已中止执行，它没有运行，并且不能运行。接收到 SIGSTOP 和 SIGTSTP 等信号时，进程将进入这种状态。接收到 SIGCONT 信号之后，进程将再次变得可运行。

（5）TASK_TRACED：(T)

正被调试程序等其他进程监控时，进程将进入这种状态。

（6）EXIT_ZOMBIE：(Z)

进程已终止，它正等待其父进程收集关于它的一些统计信息。不可被kill,　即不响应任务信号,　无法用SIGKILL杀死

（7）EXIT_DEAD：(X)

最终状态（正如其名）。将进程从系统中删除时，它将进入此状态，因为其父进程已经通过 wait4() 或 waitpid() 调用收集了所有统计信息。EXIT_DEAD状态是非常短暂的，几乎不可能通过ps命令捕捉到。

（8）TASK_KILLABLE：

Linux® kernel 2.6.25 引入了这种进程状态，用于将进程置为睡眠状态，它可以替代有效但可能无法终止的 TASK_UNINTERRUPTIBLE 进程状态，以及易于唤醒但更加安全的 TASK_INTERRUPTIBLE 进程状态。

     2、关于SysRq：

（1）什么是SysRq键？

“SysRq”键也称为“Print Screen”键，按下SysRq键，LINUX内核会响应，除非内核完全崩溃。关于SysRq的参考链接：https://www.kernel.org/doc/html/latest/admin-guide/sysrq.html

（2）如何启用SysRq键：

在配置LINUX内核时，如果对CONFIG_MAGIC_SYSRQ配置Y选项，完成内核编译后，可以通过/proc/sys/kernel/sysrq来调用SysRq 键调用的函数。

以下是 /proc/sys/kernel/sysrq 中支持的值列表：

• 0 完全禁用 sysrq。
• 1 启用 sysrq 的所有功能。
• >1 允许的 sysrq 函数的位掩码（有关详细的函数说明，请参见下文）：

2 =   0x2 - enable control of console logging level

4 =   0x4 - enable control of keyboard (SAK, unraw)

8 =   0x8 - enable debugging dumps of processes etc.

16 =  0x10 - enable sync command

32 =  0x20 - enable remount read-only

64 =  0x40 - enable signalling of processes (term, kill, oom-kill)

128 =  0x80 - allow reboot/poweroff

256 = 0x100 - allow nicing of all RT tasks

您可以通过以下命令在文件中设置值：

echo "number" >/proc/sys/kernel/sysrq

注意： /proc/sys/kernel/sysrq的值仅影响通过键盘进行的调用；/proc/sysrq-trigger则允许通过命令进行操作（需要具有管理员权限）。/proc/sysrq-trigger支持的命令及对应的功能如下：