Block / Storage · Linux 6.18.37 LTS · source + diagram note

eMMC/UFS

기존 코드 발췌를 읽으실 때

기존 sdhci_request 대표 발췌가 설명 주석에서 시작하므로 실제 함수 범위를 확인해야 합니다. 기존 글은 보존했으며, 새 개념 설명에는 버전과 범위를 대조한 원문을 실었습니다.

최신 LTS 기준: kernel.org longterm 6.18.37 기준으로 파일 위치와 링크를 맞춘 원본 코드 분석 노트입니다. embedded storage driver path.

전체 흐름

블록·저장장치 계층은 페이지 캐시와 파일시스템의 요청을 장치 큐에 배치한다. bio와 request의 수명, 요청 병합 정책, 하드웨어 큐 배정을 구분해 살펴봐야 한다.

핵심 확인 사항

함수의 입력과 처리 결과를 먼저 확인한다. 구조체를 생성하고 연결하는 시점, 다른 코드에서 사용할 수 있게 하는 시점, 더 이상 사용하지 않아 회수하는 시점을 구분한다.

오류 처리 확인

정상 처리와 오류 처리를 함께 확인한다. 오류 복구, 장치의 실행 중 연결·분리(hotplug), 자원 해제 과정에서도 상태가 올바르게 정리되는지 점검한다.

그림 1. eMMC/UFS 이 kernel 안에서 놓이는 위치
filesystem / swapupper I/O issuer
→
biopage segments and sector
→
request / blk-mqsoftware queue, tag, hardware queue
→
driver completionDMA done, IRQ, bio_endio

왼쪽부터 처리 단계를 나열했다. 각 코드 조각에서 바뀌는 상태를 해당 단계와 대조한다.

소스 코드 위치

먼저 확인할 Linux 6.18.37 LTS 소스 파일

원본 코드:
Linux 6.18.37 LTS: drivers/mmc/core/core.c
Linux 6.18.37 LTS: drivers/mmc/host/sdhci.c
Linux 6.18.37 LTS: drivers/ufs/core/ufshcd.c

설명: 진입 함수가 있는 파일과 구조체 정의, 아키텍처별 연결 코드, 콜백 구현을 함께 확인한다. 여러 파일을 대조해야 호출 관계와 각 코드의 역할을 알 수 있다.

대표 코드

mmc_start_request

원본 코드: drivers/mmc/core/core.c, 211행 부근
		mrq->done(mrq);
}

EXPORT_SYMBOL(mmc_request_done);

static void __mmc_start_request(struct mmc_host *host, struct mmc_request *mrq)
{
	int err;

	/* Assumes host controller has been runtime resumed by mmc_claim_host */
	err = mmc_retune(host);
	if (err) {
		mrq->cmd->error = err;
		mmc_request_done(host, mrq);
		return;
	}

	/*
	 * For sdio rw commands we must wait for card busy otherwise some
	 * sdio devices won't work properly.
	 * And bypass I/O abort, reset and bus suspend operations.
	 */
	if (sdio_is_io_busy(mrq->cmd->opcode, mrq->cmd->arg) &&
	    host->ops->card_busy) {
		int tries = 500; /* Wait aprox 500ms at maximum */

		while (host->ops->card_busy(host) && --tries)
			mmc_delay(1);

		if (tries == 0) {
			mrq->cmd->error = -EBUSY;
			mmc_request_done(host, mrq);
			return;
		}
	}

	if (mrq->cap_cmd_during_tfr) {
		host->ongoing_mrq = mrq;
		/*
		 * Retry path could come through here without having waiting on

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.

sdhci_request

원본 코드: drivers/mmc/host/sdhci.c, 2171행 부근
 *                                                                           *
 * MMC callbacks                                                             *
 *                                                                           *
\*****************************************************************************/

void sdhci_request(struct mmc_host *mmc, struct mmc_request *mrq)
{
	struct sdhci_host *host = mmc_priv(mmc);
	struct mmc_command *cmd;
	unsigned long flags;
	bool present;

	/* Firstly check card presence */
	present = mmc->ops->get_cd(mmc);

	spin_lock_irqsave(&host->lock, flags);

	sdhci_led_activate(host);

	if (sdhci_present_error(host, mrq->cmd, present))
		goto out_finish;

	cmd = sdhci_manual_cmd23(host, mrq) ? mrq->sbc : mrq->cmd;

	if (!sdhci_send_command_retry(host, cmd, flags))
		goto out_finish;

	spin_unlock_irqrestore(&host->lock, flags);

	return;

out_finish:
	sdhci_finish_mrq(host, mrq);
	spin_unlock_irqrestore(&host->lock, flags);
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(sdhci_request);

int sdhci_request_atomic(struct mmc_host *mmc, struct mmc_request *mrq)
{
	struct sdhci_host *host = mmc_priv(mmc);

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

embedded storage host driver가 block request를 MMC/UFS protocol command와 DMA/interrupt completion으로 변환한다.

원본 코드를 함수별로 나누어 살펴본다. 각 함수가 준비하는 값과 다음 함수가 그 값을 사용하는 방식을 확인한다.

그림 2. eMMC/UFS 함수 체인과 관찰 지점
entrycaller가 넘기는 객체와 context를 확정
→
mmc_start_requestblock layer에서 driver로 진입
→
sdhci_requestcontroller register write
→
observable statetracepoint, counter, sysfs/proc에서 확인되는 결과

각 단계의 입력과 처리 결과를 연결해 본다. 다음 단계로 넘어가기 전에 바뀌는 필드를 코드에서 확인한다.

1. mmc_start_request

mmc_start_request 주변에서는 mmc_request/ufshcd_lrb를 중심으로 본다. 이 필드는 block request의 device command 표현 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 request queued 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.

원본 코드에서 입력 범위 검사, 주요 필드 변경, 다른 계층에서 사용할 수 있게 하는 시점, 실패 시 복구 순서를 확인한다. 이 조건을 만족해야 다음 함수가 block layer에서 driver로 진입을 전제로 삼을 수 있다.

자주 틀리는 해석: block timeout을 항상 kernel queue 문제로 봄

2. sdhci_request

sdhci_request 주변에서는 host controller registers를 중심으로 본다. 이 필드는 doorbell/interrupt state 역할을 하므로, 함수가 끝날 때 command programmed 상태가 실제로 성립했는지 확인해야 한다.

원본 코드에서 입력 범위 검사, 주요 필드 변경, 다른 계층에서 사용할 수 있게 하는 시점, 실패 시 복구 순서를 확인한다. 이 조건을 만족해야 다음 함수가 controller register write을 전제로 삼을 수 있다.

자주 틀리는 해석: power mode/link state를 I/O latency와 분리함

함수입력상태 변경확인할 사항
mmc_start_requestmmc_request/ufshcd_lrb, 호출 시 실행 문맥, 하위 시스템의 준비 조건request queued: block layer에서 driver로 진입block timeout을 항상 kernel queue 문제로 봄 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가
sdhci_requesthost controller registers, 호출 시 실행 문맥, 하위 시스템의 준비 조건command programmed: controller register writepower mode/link state를 I/O latency와 분리함 문제를 코드상 어느 조건문 또는 error label에서 분리하는가

구조체와 필드

구조체의 필드를 언제 바꿀 수 있고 다른 코드가 언제 읽을 수 있는지 확인한다. 필드의 의미와 함께 잠금 등 접근을 보호하는 규칙을 살펴본다.

그림 3. eMMC/UFS 핵심 필드 연결
mmc_request/ufshcd_lrbblock request의 device command 표현
→
host controller registersdoorbell/interrupt state
→
DMA descriptordata movement
→
completion IRQrequest end signal

각 단계에서 읽고 쓰는 필드를 구조체 정의와 대조한다.

어떤 코드가 필드를 변경하고 어떤 방식으로 접근을 보호하는지, 객체를 언제 해제하는지 원본 코드에서 확인한다.

필드읽는 법
mmc_request/ufshcd_lrbblock request의 device command 표현
host controller registersdoorbell/interrupt state
DMA descriptordata movement
completion IRQrequest end signal

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.

그림 4. eMMC/UFS 실행 단계
request queuedblock layer에서 driver로 진입
→
command programmedcontroller register write
→
device executesmedia/FTL 처리
→
completion handledblock layer end request

화살표는 정상 진행 방향을 나타낸다. 중간 단계에서 실패하면 각 단계의 오류 처리 또는 대체 경로로 이동한다.

상태의미진입 조건깨지는 지점
request queuedblock layer에서 driver로 진입앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때
command programmedcontroller register write앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때
device executesmedia/FTL 처리앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때
completion handledblock layer end request앞 단계의 준비와 오류 처리가 끝난 뒤다음 단계가 준비되지 않은 상태를 사용하거나 필요한 정리를 늦출 때
eMMC/UFS 검토 기준 = 상태 변화 + 소유권 변화 + 외부 공개 시점

불변 조건과 실패 사례

lifetime

eMMC/UFS의 핵심 객체가 외부에 공개된 뒤에는 마지막 참조가 사라질 때까지 해제 경로가 callback, timer, IRQ, worker와 경합하지 않아야 한다.

ordering

다른 CPU나 하위 계층이 변경된 필드를 읽는다면 잠금과 메모리 배리어가 접근 순서를 어떻게 보장하는지 확인한다. 참조 횟수와 RCU로 관리하는 객체 수명도 별도로 확인한다.

오류 복구

중간 단계에서 실패하면 이미 확보한 자원을 의존 관계에 맞춰 해제해야 한다. goto 레이블이 많다면 각 분기에 도달했을 때 확보한 자원을 표로 정리한다.

bring-up symptom

임베디드 보드를 처음 구동할 때는 패닉 대신 로그 중단, 시간 초과, 장치 초기화 지연, 과도한 인터럽트 같은 증상으로 문제가 드러날 수 있다.

주의

block timeout을 항상 kernel queue 문제로 봄

주의

power mode/link state를 I/O latency와 분리함

주의

cache flush/FUA semantics를 무시함

계측과 검증

로그를 무작정 추가하지 말고 확인할 가설을 먼저 세운다. 상태표에서 처리가 멈춘 단계를 찾은 뒤, 상태를 바꾸는 함수와 그 결과를 사용하는 함수를 함께 살펴본다.

로그가 출력되었다고 처리가 끝난 것으로 판단하지 않는다. 원본 코드에서 로그 앞뒤의 필드 변경을 확인한다.

도구보는 것
block_rq_*eMMC/UFS 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인
mmc tracepointseMMC/UFS 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인
ufs tracepointseMMC/UFS 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인
cat /sys/kernel/debug/mmc*eMMC/UFS 실행이 어느 단계에서 멈추는지 확인
기본 추적 경로:
# 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

  • eMMC/UFS 의 state machine을 네 단계로 줄였을 때, 실제 코드에서 빠지는 intermediate state는 무엇인가?
  • eMMC/UFS 의 fast path가 생략한 검사는 어느 init path 또는 slow path에서 보증되는가?
  • 실험으로 확인한다면 'block timeout을 항상 kernel queue 문제로 봄' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?
  • 실험으로 확인한다면 'power mode/link state를 I/O latency와 분리함' 문제를 어떤 tracepoint와 counter로 분리할 수 있는가?