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版本：2.2.3

模拟 Linux 内核故障

本文介绍如何使用 KernelChaos 模拟 Linux 内核故障。该功能通过使用 BPF 在指定内核路径上注入基于 I/O 或内存的故障。

尽管 KernelChaos 的注入对象可以设置成一个或几个 Pod，但所属主机的其他 Pod 的性能也会受到一些影响，因为所有的 Pod 共享同一个内核。

警告

模拟 Linux 内核故障的功能默认关闭，请不要用于生产环境。

准备条件​

配置文件​

下面是一个简单的 KernelChaos 配置文件：

apiVersion: chaos-mesh.org/v1alpha1
kind: KernelChaos
metadata:
  name: kernel-chaos-example
  namespace: chaos-mesh
spec:
  mode: one
  selector:
    namespaces:
      - chaos-mount
  failKernRequest:
    callchain:
      - funcname: '__x64_sys_mount'
    failtype: 0

更多的配置示例，请参考 examples。你可按需修改这些配置示例。

配置说明：

  • mode 指定实验的运行方式，可选择的方式包括：

    • one：表示随机选出一个符合条件的 Pod
    • all：表示选出所有符合条件的 Pod
    • fixed：表示选出指定数量且符合条件的 Pod
    • fixed-percent：表示选出符合条件的 Pod 中指定百分比的 Pod
    • random-max-percent：表示选出占符合条件的 Pod 中不超过指定百分比的 Pod

  • selector 指定需要注入故障的目标 Pods。

  • failedkernRequest 指定故障模式 (kmalloc, bio 等)，可以指定一个具体的调用链路径和可选的过滤条件。配置项包括：

    • failtype 指定故障类型，可设置的值包括：

      • '0'：表明注入 slab 分配错误 should_failslab。
      • '1'：表明注入 内存页分配错误 should_fail_alloc_page。
      • '2'：表明注入 bio 错误 should_fail_bio。

      对于这三种故障的更多信息，请参考 fault-injection 和 inject_example。

    • callchain 指定一个具体的调用链，例如：

      ext4_mount
      -> mount_subtree
      -> ...
          -> should_failslab

      也可以使用函数参数作为过滤条件，进一步细粒度的故障注入。请参考 call chain and predicate examples 来获得更多信息。如果没有指定调用链，请保持 callchain 为空，表明它将在任意调用 slab alloc 的路径（比如 kmalloc）上注入故障。

      调用链的类型是 frame 数组，由以下三个部分组成：

      • funcname：可以从内核源码或 /proc/kallsyms 中找到 funcname，比如 ext4_mount。
      • parameters：用于过滤。如果你想在 d_alloc_parallel(struct dentry *parent, const struct qstr *name)（其中 name 为 bananas）路径上注入 slab 错误，你需要将 parameters 设置为 struct dentry *parent, const struct qstr *name 否则省略此配置。
      • predicate：用于访问 frame 数组的参数，以 parameters 为例，你可以把它设置为 STRNCMP(name->name, "bananas", 8) 来控制故障注入路径，也可以不设置，使得所有执行 d_alloc_parallel 的调用路径都注入 slab 故障。

    • headers 指定你需要的内核头文件，比如："linux/mmzone.h"，"linux/blkdev.h" 等。

    • probability 指定故障发生概率，如果你想要 1% 的概率，请将其设置为 '1'.

    • times 指定触发故障的最大次数。

使用 kubectl 创建实验​

使用 kubectl 创建实验，命令如下：

kubectl apply -f KernelChaos

KernelChaos 功能和 inject.py 类似，你可以阅读 inject_example.txt 来获得更多的信息。

下面是一个简单的例子：

#include <sys/mount.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <unistd.h>

int main(void) {
  int ret;
  while (1) {
    ret = mount("/dev/sdc", "/mnt", "ext4",
          MS_MGC_VAL | MS_RDONLY | MS_NOSUID, "");
    if (ret < 0)
      fprintf(stderr, "%s\n", strerror(errno));
    sleep(1);
    ret = umount("/mnt");
    if (ret < 0)
      fprintf(stderr, "%s\n", strerror(errno));
  }
}

在故障注入期间，输出如下：

> Cannot allocate memory
> Invalid argument
> Cannot allocate memory
> Invalid argument
> Cannot allocate memory
> Invalid argument
> Cannot allocate memory
> Invalid argument
> Cannot allocate memory
> Invalid argument

使用限制​

通过 container_id 可以限制故障注入范围，但有些路径会触发系统级别的行为。比如：

当 failtype 为 1 时，它意味着物理页面分配失败。如果这个事件在很短的时间内频繁触发（例如，while (1) {memset(malloc(1M), '1', 1M)}），会触发系统调用 oom-killer 来回收内存。