printk的执行过程

printk执行过程

参考代码

Linux 4.9.88

kernel/printk.c
include/linux/kernel.h
kernel/printk/internal.h

Linux 5.4

kernel/printk.c
include/linux/kernel.h
kernel/printk/printk_safe.c

1. printk的使用

1.1 printk使用示例

调试内核、驱动的最简单方法，是使用printk函数打印信息。

printk函数与用户空间的printf函数格式完全相同，它所打印的字符串头部可以加入“\001n”样式的字符。

其中n为0～7，表示这条信息的记录级别，n数值越小级别越高。

注意：linux 2.x内核里，打印级别是用""来表示。

在驱动程序中，可以这样使用printk：

printk("This is an example\n");
printk("\0014This is an example\n");
printk("\0014""This is an example\n");
printk(KERN_WARNING"This is an example\n");

在上述例子中：

第一条语句没有明确表明打印级别，它被处理前内核会在前面添加默认的打印级别：“<4>”
KERN_WARNING是一个宏，它也表示打印级别：

#define KERN_SOH    "\001"        /* ASCII Start Of Header */
#define KERN_WARNING    KERN_SOH"4"    /* warning conditions */

现在我们知道了，内核的每条打印信息都有自己的级别，当自己的级别在数值上小于某个阈值时，内核才会打印该信息。

1.2 printk函数的记录级别

在内核代码include/linux/kernel.h中，下面几个宏确定了printk函数怎么处理打印级别：

#define console_loglevel (console_printk[0])
#define default_message_loglevel (console_printk[1])
#define minimum_console_loglevel (console_printk[2])
#define default_console_loglevel (console_printk[3])

举例说明这几个宏的含义：

① 对于printk(“……”)，只有n小于console_loglevel时，这个信息才会被打印。

② 假设default_message_loglevel的值等于4，如果printk的参数开头没有“”样式的字符，则在printk函数中进一步处理前会自动加上“<4>”；

③ minimum_console_logleve是一个预设值，平时不起作用。通过其他工具来设置console_loglevel的值时，这个值不能小于minimum_console_logleve。

④ default_console_loglevel也是一个预设值，平时不起作用。它表示设置console_loglevel时的默认值，通过其他工具来设置console_loglevel的值时，用到这个值。

上面代码中，console_printk是一个数组，它在kernel/printk.c中定义：

/* 数组里的宏在include/linux/printk.h中定义*/
int console_printk[4] = {CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT, /* console_loglevel */MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT,   /* default_message_loglevel */CONSOLE_LOGLEVEL_MIN,       /* minimum_console_loglevel */CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT,   /* default_console_loglevel */
};/* Linux 4.9.88 include/linux/printk.h */
#define CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT 7/* anything MORE serious than KERN_DEBUG */
#define MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT CONFIG_MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT
#define CONSOLE_LOGLEVEL_MIN     1/* Minimum loglevel we let people use *//* Linux 5.4 include/linux/printk.h */
#define CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT CONFIG_CONSOLE_LOGLEVEL_DEFAULT
#define MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT CONFIG_MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT
#define CONSOLE_LOGLEVEL_MIN     1/* Minimum loglevel we let people use */

1.3 在用户空间修改printk函数的记录级别

挂接proc文件系统后，读取/proc/sys/kernel/printk文件可以得知console_loglevel、default_message_loglevel、minimum_console_loglevel和default_console_loglevel这4个值。

比如执行以下命令，它的结果“7 4 1 7”表示这4个值：

也可以直接修改/proc/sys/kernel/printk文件来改变这4个值，比如：

# echo "1 4 1 7" > /proc/sys/kernel/printk

这使得console_loglevel被改为1，于是所有的printk信息都不会被打印。

1.4 printk函数记录级别的名称及使用

在内核代码include/linux/kernel.h中，有如下代码，它们表示0～7这8个记录级别的名称：

#define KERN_SOH    "\001"        /* ASCII Start Of Header */
#define KERN_SOH_ASCII  '\001'#define KERN_EMERG KERN_SOH"0"    /* system is unusable */
#define KERN_ALERT  KERN_SOH"1"    /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT   KERN_SOH"2"    /* critical conditions */
#define KERN_ERR    KERN_SOH"3"    /* error conditions */
#define KERN_WARNING    KERN_SOH"4"    /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE KERN_SOH"5"    /* normal but significant condition */
#define KERN_INFO   KERN_SOH"6"    /* informational */
#define KERN_DEBUG  KERN_SOH"7"    /* debug-level messages */

在使用printk函数时，可以这样使用记录级别；

printk(KERN_WARNING”there is a warning here!\n”)

2. printk执行过程

2.1 函数调用过程

在嵌入式Linux开发中，printk信息常常从串口输出，这时串口被称为串口控制台。从内核kernel/printk.c的printk函数开始，往下查看它的调用关系，可以知道printk函数是如何与具体设备的输出函数挂钩的。

printk函数调用的子函数的主要脉落如下：

printk// linux 4.9: kernel/printk/internal.h// linux 5.4: kernel/printk/printk_safe.cvprintk_func vprintk_default(fmt, args);vprintk_emitvprintk_store // 把要打印的信息保存在log_buf中log_outputpreempt_disable();if (console_trylock_spinning())console_unlock();preempt_enable();console_unlockfor (;;) {msg = log_from_idx(console_idx);if (suppress_message_printing(msg->level)) {/* 如果消息的级别数值大于console_loglevel, 则不打印此信息 */}printk_safe_enter_irqsave(flags);call_console_drivers(ext_text, ext_len, text, len);printk_safe_exit_irqrestore(flags);}

call_console_drivers函数调用驱动程序打印信息，此函数在kernel\printk\printk.c中，代码如下：

static void call_console_drivers(const char *ext_text, size_t ext_len,const char *text, size_t len)
{struct console *con;trace_console_rcuidle(text, len);if (!console_drivers)return;for_each_console(con) {if (exclusive_console && con != exclusive_console)continue;if (!(con->flags & CON_ENABLED))continue;if (!con->write)continue;if (!cpu_online(smp_processor_id()) &&!(con->flags & CON_ANYTIME))continue;if (con->flags & CON_EXTENDED)con->write(con, ext_text, ext_len);elsecon->write(con, text, len);}
}

2.2 内核打印信息保存在哪

我们执行dmesg命令可以打印以前的内核信息，所以这些信息必定是保存在内核buffer中。

在kernel\printk\printk.c中，定义有一个全局buffer：

/* record buffer */
#define LOG_ALIGN __alignof__(struct printk_log)
#define __LOG_BUF_LEN (1 << CONFIG_LOG_BUF_SHIFT)
static char __log_buf[__LOG_BUF_LEN] __aligned(LOG_ALIGN);
static char *log_buf = __log_buf;
static u32 log_buf_len = __LOG_BUF_LEN;

执行dmesg命令时，它就是访问虚拟文件/proc/kmsg，把log_buf中的信息打印出来。

2.3 printk信息从哪些设备打印出来？

在内核的启动信息中，有类似这样的命令行参数：

/* IMX6ULL */
[root@100ask:~]# cat /proc/cmdline
console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw/* STM32MP157 */
[root@100ask:~]# cat /proc/cmdline
root=PARTUUID=491f6117-415d-4f53-88c9-6e0de54deac6 rootwait rw console=ttySTM0,115200

在命令行参数中，“console=ttymxc0”、"console=ttySTM0"就是用来选择printk设备的。

可以指定多个"console="参数，表示从多个设备打印信息。

命令行信息来自哪里？

设备树

/ {chosen {bootargs = "console=ttymxc1,115200";};
};

UBOOT根据环境参数修改设备树：IMX6ULL

/* 进入IMX6ULL的UBOOT */
=> print mmcargs
mmcargs=setenv bootargs console=${console},${baudrate} root=${mmcroot}
=> print console
console=ttymxc0
=> print baudrate
baudrate=115200

UBOOT从启动文件修改设备树：STM32MP157

[root@100ask:~]# mount /dev/mmcblk2p2 /boot
[root@100ask:~]# cd /boot
[root@100ask:/boot]# cat mmc0_extlinux/stm32mp157c-100ask-512d-v1_extlinux.conf
# Generic Distro Configuration file generated by OpenEmbedded
menu title Select the boot mode
MENU BACKGROUND /splash.bmp
TIMEOUT 20
DEFAULT 100ask-lcd
LABEL 100ask-coreKERNEL /uImageFDT /stm32mp157c-100ask-512d-v1.dtbINITRD /uInitrdAPPEND root=/dev/mmcblk1p5  rootwait rw console=ttySTM0,115200
LABEL 100ask-hdmiKERNEL /uImageFDT /stm32mp157c-100ask-512d-hdmi-v1.dtbINITRD /uInitrdAPPEND root=/dev/mmcblk1p5  rootwait rw console=ttySTM0,115200
LABEL 100ask-lcdKERNEL /uImageFDT /stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtbINITRD /uInitrdAPPEND root=/dev/mmcblk1p5  rootwait rw console=ttySTM0,115200