Troubleshooting in USTCLUG

Case studies

Keyu Tao

1 / 32

目录Docker, macvlan and Linux
LVM and lvmcache and GRUB
2 / 32

"Docker2"

背景：

一台运行了很多容器的机器（虚拟机），Debian 9。
各个容器以 macvlan 的形式接入内网，分配到不同的 IP。
网关使用这些容器的内网地址与容器通信。

3 / 32

什么是 macvlan？

Some applications, especially legacy applications or applications which monitor network traffic, expect to be directly connected to the physical network. In this type of situation, you can use the macvlan network driver to assign a MAC address to each container’s virtual network interface, making it appear to be a physical network interface directly connected to the physical network.

https://docs.docker.com/network/macvlan/

TL;DR:

每个容器有不同的 MAC 地址。
在网络包来到物理设备时，macvlan 需要将数据包根据 MAC 地址给对应的容器。
Why macvlan? 需要让每个容器有一个内网地址，并且地址可以被内网的其他机器访问。
- 其实 ipvlan 也行。

4 / 32

Macvlan 图例

macvlan

5 / 32

问题

2020/4: @iBug runs apt upgrade。

之后奇怪的事情发生了：

其他机器可以与 docker2 顺利连接，但是无法连接到 docker2 上的容器。
但是，如果容器里去 ping 外面的机器，对应的机器就能够连接这个容器。

起初怀疑是 tinc 的问题，但是之后排查毫无收获。

6 / 32

简单粗暴的 workaround

既然如果容器里 ping 外部的机器，对应的机器就能双向连通容器……

那么搞一个 crontab/systemd-timer，或者一直 ping 就行了？

7 / 32

"pingd" version 1

[Unit]
Description=Docker pingd service %I
Documentation=man:ping(8)
After=network.target
StartLimitIntervalSec=0
[Service]
Type=simple
User=root
Group=root
ExecStart=/bin/sh -c 'IVAR="%i"; exec /usr/bin/docker exec "$${IVAR%:*}" ping -q -s 32 "$${IVAR#*:}"'
ExecStop=/bin/kill -s INT $MAINPID
Restart=on-failure
RestartSec=3
[Install]
WantedBy=multi-user.target
Alias=docker-ping@.service

systemctl enable docker-pingd@container:host.service

8 / 32

"pingd" version 2

docker-ping@.timer:

[Unit]
Description=Docker pingd timer %I
Documentation=man:ping(8)
After=network.target
StartLimitIntervalSec=0
[Timer]
OnCalendar=*:0/10
RandomizedDelaySec=60s
Persistent=true
Unit=docker-ping@.service
[Install]
WantedBy=timer.target

9 / 32

"pingd" version 2

docker-ping@.service:

[Unit]
Description=Docker ping service (oneshot) %I
Documentation=man:ping(8)
After=network.target
StartLimitIntervalSec=0
[Service]
Type=simple
User=root
Group=root
ExecStart=/bin/sh -c 'IVAR="%i"; exec /usr/bin/docker exec "$${IVAR%:*}" ping -q -s 32 -c 8 "$${IVAR#*:}"'
Restart=on-failure
RestartSec=3
[Install]
WantedBy=multi-user.target

10 / 32

macvlan?

数据包根据 MAC 地址被分配到不同的容器……
ARP 包？
- arping

机器 A：没有配置 "pingd"。

机器 A 与 docker2 可以正常互相 arping。
机器 A 不能 arping 到容器（即使能够双向连通），反方向是可以的。
如果在容器里开启 tcpdump，那么 arping 就很正常。
- tcpdump 会开启混杂模式。

~~Workaround: 一直开着混杂模式~~

合理怀疑：是不是 kernel 出了什么问题？

11 / 32

Debian bugs

Google: macvlan site:bugs.debian.org

#952660 - src:linux: macvlan multicast/broadcast regression in stretch

2020/02 的 bug：

Linux 4.9.209 included:
    macvlan: do not assume mac_header is set in macvlan_broadcast()
which fixed some TX cases but broke the RX case.  When handling a
received multicast or broadcast packet, macvlan_broadcast() now reads
the destination address from the wrong place.  The packets may then
fail to match the multicast filters that they should.  This is fixed
in 4.9.211 by:
    macvlan: use skb_reset_mac_header() in macvlan_queue_xmit()
This is a major regression for VM hosts using macvlan/macvtap as
ARP and IPv6 neighbour discovery became quite unreliable.

12 / 32

Problem Solved

apt upgrade 升级内核，然后 reboot。

教训：

生产环境的 Debian 服务器务必安装 apt-listbugs！
Kernel 并不一定可靠，Debian oldstable 的更新也不一定不会 break 掉东西。更新之后遇到奇怪的问题，就先「滚回到之前的版本」。
计网知识很重要。

13 / 32

Mirrors & lvmcache

去年，我们获得了一台新的镜像站服务器，用于改善老机器糟糕的 IO 性能：

ZFS 性能（在旧服务器上）有点儿问题 -> 换 LVM + XFS 方案。
- LVM 概念光速入门: PV (物理设备), VG (物理设备组成的集合), LV (在 VG 上的虚拟卷)。
SSD 加速 HDD: lvmcache(7)
- lvmcache 基于 dm-cache。

14 / 32

`lvmcache` 设置

缓存数据盘、元数据盘分离。

创建缓存池：

lvconvert --type cache-pool --poolmetadata ssd/mcache_meta --cachemode writethrough -c 1M ssd/mcache

设置缓存：

lvconvert --type cache --cachepool lug/mcache lug/repo

15 / 32

缓存模式？

这里的缓存模式采用 passthrough，即写入动作绕过缓存直接写回原设备（当然啦，写入都是由从上游同步产生的），另外两种 writeback 和 writethrough 都会写入缓存，不是我们想要的。

passthrough 模式中，读写都会绕过 cache，唯一的作用是 write hit 会使得 cache 对应的块失效。

~~这里使用 writeback 模式，因为仓库数据没了还能再同步，使用 writeback 提升性能更合适。~~

出于稳定考虑，使用 writethrough 模式。（我们的 Cache 太大了，writeback 可能会弄坏不少东西，如果 metadata 坏了就更麻烦了）

16 / 32

从 writeback 到 writethrough

转换模式，需要将 cache 中的脏数据写回磁盘。

"Cache policy":

smq: 默认的模式。
mq: 老的算法（忽略）。
cleaner: 强制 cache flush 回到 LV。

但是……在 mirrors 上更改为 cleaner 之后，cache 并没有写回。

17 / 32

Bug?

https://bugzilla.redhat.com/show_bug.cgi?id=1668163

The assumption could be -  the cache chunksize is >= 1MiB and there is 
unspecified bigger migration_threshold and remained at defaul value 2048  (1MiB).
This prevents kernel from flush blockes.
There are several bugs about this.
The quick workaround solution is to set higher threshold:
lvchange --cachesettings migration_threshold=16384 vg/cacheLV

18 / 32

dm-cache

https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/drivers/md/dm-cache-target.c#L1649

static enum busy spare_migration_bandwidth(struct cache *cache)
{
    bool idle = iot_idle_for(&cache->tracker, HZ);
    sector_t current_volume = (atomic_read(&cache->nr_io_migrations) + 1) *
        cache->sectors_per_block;
    if (idle && current_volume <= cache->migration_threshold)
        return IDLE;
    else
        return BUSY;
}

19 / 32

Workaround

# dirty hack
sudo lvchange --cachepolicy cleaner lug/repo
for i in `seq 1 1500`; 
  do sudo lvchange --cachesettings migration_threshold=2113536 lug/repo && \
     sudo lvchange --cachesettings migration_threshold=16384 && \
     echo $i && sleep 15; 
done;
# 需要确认没有脏块。如果还有的话继续执行（次数调小一些）
# 如果是从 writeback 切换，需要先把模式切到 writethrough
# 然后再修改 cachepolicy 到 smq
sudo lvchange --cachepolicy smq lug/repo

20 / 32

GRUB?

2021/03/26:「OpenSSL 项目修复了一个高危漏洞 CVE-2021-3450」

@taoky: 同学们，又到了 CVE 的季节。

@iBug: apt upgrade -> 发现新 mirrors 机器的 GRUB 更新挂了。

21 / 32

处理过程搜 bug: 啥都没搜到
降级: 没用
最近没有修改过 LVM 相关配置
这个错误是从哪里来的？
22 / 32

Let's code search!

https://codesearch.debian.net/

https://codesearch.debian.net/search?q=unknown+node+%27&literal=1

https://sources.debian.org/src/grub2/2.04-17/grub-core/disk/diskfilter.c/?hl=522#L522

https://sources.debian.org/src/grub2/2.04-17/grub-core/disk/diskfilter.c/?hl=485#L485

23 / 32

调试与复现问题

有没有什么命令可以简单复现这个问题？

GRUB 每次更新之后，都需要执行 /usr/sbin/grub-mkconfig 生成一下配置。
- grub-mkconfig 其实是个 Shell 脚本。
- set -x
grub-mkconfig 调用了一些外部命令：
- grub-probe
- grub-file
- grub-editenv
- grub-script-check

如果有无副作用 + 能复现 bug 的命令就很好了！

sudo grub-probe --verbose --device /dev/mapper/lug-root --target=fs_uuid

grub-probe: error: disk `lvmid/<redacted>/<redacted>' not found.

grub-probe: probe device information for GRUB

24 / 32

Compile and GDB

CFLAGS="-g"

在两个位置设置断点，run，用 print 查看变量信息，调试。

25 / 32

LVM metadata

纯文本，在 VG 中每个 PV 的头部放着。

vgcfgbackup 查看。例子

重点关注 LV 部分。

26 / 32

lvmirror {
  id = "8hdui8-GZGs-2wG6-ayeO-BQo4-z1kM-0fvhvg"
  status = ["READ", "WRITE", "VISIBLE"]
  flags = []
  creation_time = 1618074879    # 2021-04-11 01:14:39 +0800
  creation_host = "taoky-debianvm"
  segment_count = 1
  segment1 {
    start_extent = 0
    extent_count = 13    # 52 Megabytes
    type = "mirror"
    mirror_count = 2
    mirror_log = "lvmirror_mlog"
    region_size = 4096
    mirrors = [
      "lvmirror_mimage_0", 0,
      "lvmirror_mimage_1", 0
    ]
  }
}

27 / 32

GRUB lvm.c

grub_lvm_detect()。先解析 PV 信息，再解析 LV 信息。

循环中：

p 指向 metadata 字符串，这个 pointer 会根据解析的进度移动。
GRUB 尝试解析自己认识的 LV segment 类型。在 segment 循环开始，会跳到 segment 这个字符串处 (p = grub_strstr (p, "segment");)
GRUB 会跳过自己不认识的 LV segment。
- GRUB 不认识 lvmcache metapool。
- 如何跳过？
  - （基本上）什么都不干（不改变 p 的位置），设置 skip_lv = 1;
  - 一个 LV 的所有 segment 解析完成之后：
    - 扫描让 p 指向下一个 } (p = grub_strchr (p, '}');)
    - p += 3（以便让 p 离开这个 LV 块）
    - 继续循环。
  - 如果这个不认识的 segment 里面有 } 会怎么样？

28 / 32

Policy settings???

mcache {
    id = "BJvm0E-9uCj-Ji6a-N37P-nEuL-evA4-ZDUxdt"
    status = ["READ", "WRITE"]
    flags = []
    creation_time = 1594104910    # 2020-07-07 14:55:10 +0800
    creation_host = "mirrors4"
    segment_count = 1
    segment1 {
        start_extent = 0
        extent_count = 393216    # 1.5 Terabytes
        type = "cache-pool+METADATA_FORMAT"
        data = "mcache_cdata"
        metadata = "mcache_cmeta"
        chunk_size = 2048
        metadata_format = 2
        cache_mode = "writethrough"
        policy = "smq"
        policy_settings {
            migration_threshold=16384
        }
    }
}

29 / 32

Why it hurts?

Mirrors 的情况：

Rootfs 是 mirror type 的。指向的两个 lv 的信息在 mcache 后面。
- GRUB 没有解析这两个 lv 的信息，于是它们有 node，但是 node 类型既不是 pv，也不是 lv。
- validate_node() 失败，boom!
- 结果：安装、创建配置、启动都会失败。

30 / 32

Fix

简单粗暴：如果遇到不认识的 segment，确保里面的字符已经全部遍历完了再继续。

https://github.com/taoky/grub/commit/c173a3cb7566230093a24c0a1f31aa032678f1f7

基于 Debian GRUB 的 Buster 分支改代码，重新编译包。

gbp clone --pristine-tar https://github.com/taoky/grub.git
apt build-dep grub2
dch --local taoky
dpkg-buildpackage -b -rfakeroot -us -uc

第一次尝试打 Debian 包，所以可能有些命令不太对。

Bug reports:

https://bugs.debian.org/cgi-bin/bugreport.cgi?bug=985974

https://savannah.gnu.org/bugs/?60385

虽然没有人理我。

31 / 32

教训搜索（Debian codesearch 真好用！）、阅读、调试源代码的能力非常重要。
知名的开源软件，也可能在某些 corner case 上翻车。
越复杂的系统，出现 bug 的可能性越大。
32 / 32

↑, ←, Pg Up, k	Go to previous slide
↓, →, Pg Dn, Space, j	Go to next slide
Home	Go to first slide
End	Go to last slide
Number + Return	Go to specific slide
b / m / f	Toggle blackout / mirrored / fullscreen mode
c	Clone slideshow
p	Toggle presenter mode
t	Restart the presentation timer
?, h	Toggle this help

Troubleshooting in USTCLUG

Case studies

目录

"Docker2"

什么是 macvlan？

Macvlan 图例

问题

简单粗暴的 workaround

"pingd" version 1

"pingd" version 2

"pingd" version 2

macvlan?

Debian bugs

Problem Solved

Mirrors & lvmcache

lvmcache 设置

缓存模式？

从 writeback 到 writethrough

Bug?

dm-cache

Workaround

GRUB?

处理过程

Let's code search!

调试与复现问题

Compile and GDB

LVM metadata

GRUB lvm.c

Policy settings???

Why it hurts?

Fix

教训

目录

Help

`lvmcache` 设置