Machine Check Exception (MCE) 是CPU发现硬件错误时触发的异常(exception)，中断号是18，异常的类型是abort：

导致MCE的原因主要有：总线故障、内存ECC校验错、cache错误、TLB错误、内部时钟错误，等等。不仅硬件故障会引起MCE，不恰当的BIOS配置、firmware bug、软件bug也有可能引起MCE。

在 Linux 系统上，如果发生的MCE错误属于可以自动纠正的类型，那么系统保持继续运行，MCE错误日志会记录在一个ring buffer中(这个ring buffer通过设备文件/dev/mcelog来访问)，用 mcelog(8) 命令可以读取MCE日志，系统通常会通过cron任务或者mcelog.service把ring buffer中的MCE日志写入/var/log/mcelog文件中。如果发生的MCE错误属于无法恢复的类型，那么系统会panic，错误信息会输出在终端上和message buffer里。

分析MCE需要参考Intel手册第3卷，15章Machine-Check Architecture和16章Interpreting Machine-Check Error Codes。由于MCE在不同型号的CPU上有差异，解读的方法也有不同，第16章是专门解释在不同的CPU型号上如何解读MCE错误码。

每个CPU上有一组寄存器称为 Machine-Check MSR (Model-Specific Register)，用于Machine-Check的控制与记录，分为全局寄存器和若干Bank寄存器(CPU的硬件单元分成若干组，每一组称为一个Bank)。当发生MCE时，错误信息记录在全局状态寄存器 MCG_STATUS MSR 和Bank寄存器 MCi_STATUS MSR 中，如下图黄色框所示：

分析MCE的方法，就是根据Intel手册解读上述寄存器中记录的错误信息。Linux内核把MCE的信息保存在下面的结构体中：

/arch/x86/include/asm/mce.h ：

0067 struct mce {

0068 __u64 status; /* 对应 IA32_MCi_STATUS MSR */

0069 __u64 misc;

0070 __u64 addr;

0071 __u64 mcgstatus;/*对应 IA32_MCG_STATUS MSR */

0072 __u64 ip;

0073 __u64 tsc; /* cpu time stamp counter */

0074 __u64 time; /* wall time_t when error was detected */

0075 __u8 cpuvendor; /* cpu vendor as encoded in system.h */

0076 __u8 inject_flags; /* software inject flags */

0077 __u16 pad;

0078 __u32 cpuid; /* CPUID 1 EAX */

0079 __u8 cs; /* code segment */

0080 __u8 bank; /* machine check bank */

0081 __u8 cpu; /* cpu number; obsolete; use extcpu now */

0082 __u8 finished; /* entry is valid */

0083 __u32 extcpu; /* linux cpu number that detected the error */

0084 __u32 socketid; /* CPU socket ID */

0085 __u32 apicid; /* CPU initial apic ID */

0086 __u64 mcgcap; /* MCGCAP MSR: machine check capabilities of CPU */

0087 };

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/arch/x86/include/asm/mce.h：

0067structmce{

0068__u64status;/* 对应 IA32_MCi_STATUS MSR */

0069__u64misc;

0070__u64addr;

0071__u64mcgstatus;/*对应 IA32_MCG_STATUS MSR */

0072__u64ip;

0073__u64tsc;/* cpu time stamp counter */

0074__u64time;/* wall time_t when error was detected */

0075__u8cpuvendor;/* cpu vendor as encoded in system.h */

0076__u8inject_flags;/* software inject flags */

0077__u16pad;

0078__u32cpuid;/* CPUID 1 EAX */

0079__u8cs;/* code segment */

0080__u8bank;/* machine check bank */

0081__u8cpu;/* cpu number; obsolete; use extcpu now */

0082__u8finished;/* entry is valid */

0083__u32extcpu;/* linux cpu number that detected the error */

0084__u32socketid;/* CPU socket ID */

0085__u32apicid;/* CPU initial apic ID */

0086__u64mcgcap;/* MCGCAP MSR: machine check capabilities of CPU */

0087};

下面的MCE错误信息截取自一台因MCE而crash的机器，我们以此为例来解读一下MCE信息。

注：产生以下信息的内核函数是：

static void print_mce(struct mce *m)

源程序：arch/x86/kernel/cpu/mcheck/mce.c

如果需要的话，阅读源程序可以理解输出的信息与原始数据的对应关系。

[Hardware Error]: CPU 3: Machine Check Exception: 4 Bank 5: be00000000800400

[Hardware Error]: TSC 128727f47a97 ADDR 3f628bd69349 MISC 1

[Hardware Error]: PROCESSOR 0:106a5 TIME 1450279905 SOCKET 1 APIC 14

[Hardware Error]: Machine check: Processor context corrupt

Kernel panic - not syncing: Fatal Machine check

1

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4

5

[HardwareError]:CPU3:MachineCheckException:4Bank5:be00000000800400

[HardwareError]:TSC128727f47a97ADDR3f628bd69349MISC1

[HardwareError]:PROCESSOR0:106a5TIME1450279905SOCKET1APIC14

[HardwareError]:Machinecheck:Processorcontextcorrupt

Kernelpanic-notsyncing:FatalMachinecheck

其中CPU和Bank是MCE的接收者：

CPU 3 – 表示检测到MCE错误的是3号CPU，对应struct mce的extcpu字段；

Bank 5 – 一组硬件单元称为一个bank，每个bank对应一组machine-check寄存器；

MCE的错误代码包括两部分：

Machine Check Exception: 4 – 表示 IA32_MCG_STATUS MSR寄存器的状态码是4(含义见后文)，对应 mcgstatus字段；

be00000000800400 – 表示 IA32_MCi_STATUS MSR寄存器中的错误码(含义见后文)，对应status字段。

Machine Check Excheption: 4 的含义

它来自全局状态寄存器 IA32_MCG_STATUS MSR，(对应struct mce的 mcgstatus字段)，只用到三个bit，如下所示。4表示machine-check in progress。

Bit 0: Restart IP Valid. 表示程序的执行是否可以在被异常中断的指令处重新开始。

Bit 1: Error IP Valid. 表示被中断的指令是否与MCE错误直接相关。

Bit 2: Machine Check In Progress. 表示 machine check 正在进行中。

be00000000800400 的含义

它来自bank寄存器IA32_MCi_STATUS MSR，(对应struct mce的status字段)。

be00000000800400 的二进制位如下：

Bit 63: VAL. 表示本寄存器中包含有效的错误码

Bit 61: UC. 表示是无法纠正的MCE

Bit 60: EN. 表示处于允许报告错误的状态

Bit 59: MISCV. 表示MCi_MISC寄存器中含有对该错误的补充信息

Bit 58: ADDRV. 表示MCi_ADDR寄存器含有发生错误的内存地址

Bit 57: PCC. 表示该CPU的上下文状态已被该错误破坏，无法恢复软件代码的运行

Bits [16:31] 包含特定CPU型号相关的扩展错误码. 本例中是0x0080.

Bits [0:15] 包含MCE错误码，该错误码是所有CPU型号通用的，分为两类：simple error codes(简单错误码) 和 compound error codes(复合错误码)，本例中0x0400表示Internal timer error：

– Simple Error Codes:

0000 0000 0000 0000 – 没有错误.

0000 0000 0000 0001 – Unclassified. 未分类的错误类型.

0000 0000 0000 0010 – ROM微码校验错

0000 0000 0000 0011 – MCE是由于别的CPU的BINT# 引起的.

0000 0000 0000 0100 – Functional redundancy check (FRC) master/slave error.

0000 0000 0000 0101 – Internal parity error.

0000 0100 0000 0000 – Internal timer error.

0000 01xx xxxx xxxx – Internal unclassified error. 至少有一个x等于1

– Compound Error Codes:

000F 0000 0000 11LL – Generic cache hierarchy errors.

000F 0000 0001 TTLL – TLB errors.

000F 0000 1MMM CCCC – Memory controller errors (Intel-only).

000F 0001 RRRR TTLL – Memory errors in the cache hierarchy.

000F 1PPT RRRR IILL – Bus and interconnect errors.

下一步，由于Bits [16:31] 是非零值0x0080，包含的是特定CPU型号相关的扩展错误码，我们要参考Intel手册第三卷第16章。首先确定CPU型号，我们需要的是CPU faimily和model，从/proc/cpuinfo中可以找到：

# less /proc/cpuinfo

...

processor : 3

vendor_id : GenuineIntel

cpu family : 6

model : 26

model name : Intel(R) Xeon(R) CPU L5520 @ 2.27GHz

stepping : 5

cpu MHz : 2266.700

cache size : 8192 KB

physical id : 1

siblings : 8

core id : 2

cpu cores : 4

apicid : 20

...

1

2

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# less /proc/cpuinfo

...

processor:3

vendor_id:GenuineIntel

cpufamily:6

model:26

modelname:Intel(R)Xeon(R)CPUL5520@2.27GHz

stepping:5

cpuMHz:2266.700

cachesize:8192KB

physicalid:1

siblings:8

coreid:2

cpucores:4

apicid:20

...

根据cpu family/model，即06_1AH，找到Intel手册中对应的章节，但是没找到匹配Internal timer error和0x0080的条目。所以只能到此为止了。

总结我们的发现：

CPU 3 发现了无法纠正的MCE，是Internal timer error，被中断的指令与MCE不相关，被中断的程序指令不能恢复运行，CPU的上下文已被MCE破坏。

怎样禁用MCE

可以在 /boot/grub/grub.conf 中加入以下内容：mce=off。

还有其它的MCE选项，比如禁用CMCI(Corrected Machine Check Interrupt)，或者禁用MCE日志，等等，例如：

mce=off  — Disable machine check

mce=no_cmci  — Disable CMCI(Corrected Machine Check Interrupt)

参见文档：Documentation/x86/x86_64/boot-options.txt

每个 CPU 都有一个sysfs接口：

/sys/devices/system/machinecheck/machinecheckN

注：(N = CPU number)

其中包含的可调参数参见：Documentation/x86/x86_64/machinecheck