Linux内核中的调试输出函数：printk详解

printk是Linux内核中最常用的调试函数之一，它用来向内核缓冲区或控制台输出调试信息，如变量的值，函数的执行流程，错误的原因等。printk的优点是简单易用，不需要额外的设备或驱动。printk的实现涉及到内核缓冲区，日志等级，格式化字符串等概念。在本文中，我们将介绍Linux内核调试技术之printk的原理和方法，并举例说明它们的使用方法和注意事项。

1、简介（基于s3c2440 linux）

在内核调试技术之中，最简单的就是printk的使用了，它的用法和C语言应用程序中的printf使用类似，在应用程序中依靠的是stdio.h中的库，而在linux内核中没有这个库，所以在linux内核中，使用这个printk就要对内核的实现有一定的了解。

printf和printk的区别:printk会在开头处加上””样式的字符，N的范围是0~7，表示这个信息的级别。

当printk(“”……);中的n

在内核文件中Printk.c (kernel) 中初始化这个console_loglevel 的级别为7.

/* printk's without a loglevel use this.. */
#define DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4 /* KERN_WARNING */

/* We show everything that is MORE important than this.. */
#define MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL 1 /* Minimum loglevel we let people use */
#define DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL 7 /* anything MORE serious than KERN_DEBUG
 */int console_printk[4] = {
    DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,    /* console_loglevel */
    DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL,    /* default_message_loglevel */
    MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL,    /* minimum_console_loglevel */
    DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL,    /* default_console_loglevel */
};

2、通过命令cat /proc/sys/kernel/printk查看等级配置：

# cat /proc/sys/kernel/printk
7 4 1 7

其中的 7 4 1 7，分别对应与：console_loglevel、default_message_loglevel、minimum_console_loglevel、default_console_loglevel

3、修改等级配置：

#echo “1 4 1 7”>/proc/sys/kernel/printk　改变这四个值，当被console_loglevel设置为1的时候，所有的调试信息都会被打印出来。

4、printk函数记录的名称及使用

在内核文件：Kernel.h (include\linux) 定义了0~7这8个级别的名称

#define   KERN_EMERG   ""    /* system is unusable */
#define    KERN_ALERT    ""  
  /* action must be taken immediately */
#define    KERN_CRIT     ""    /* critical
 conditions */
#define    KERN_ERR      ""    /* error conditions */
#define   
 KERN_WARNING  ""    /* warning conditions */
#define    KERN_NOTICE   ""  
  /* normal but significant condition*/
#define    KERN_INFO     ""   
 /* informational*/
#define    KERN_DEBUG    ""    /* debug-level messages 
*/
#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])

使用printk：

① printk(KERN_WARNING"there is a warning here!\n");//注意，中间没有逗号间隔。

② printk(KERN_DEBUG"%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

在①和②中，我们需要查看缓冲区log_buf中的数据，才能看到打印出来的信息。需要使用命令 #dmesg

#``# dmesg``Linux version 2.6.22.6 (book@book-desktop) (gcc version 3.4.5) #19 Thu
 Dec 8 14:06:03 CST 2016``CPU: ARM920T
 [41129200] revision 0 (ARMv4T), cr=c0007177``Machine: SMDK2440``Memory policy: 
ECC disabled, Data cache writeback``On node 0 totalpages: 16384`` ``DMA zone: 128 
pages used ``for` `memmap`` ``DMA zone: 0 pages reserved`` ``DMA zone: 16256 pages,
 LIFO batch:3`` ``Normal zone: 0 pages used ``for` `memmap``CPU S3C2440A (id 0x32440001)
................................

还可以使用 cat /proc/kmsg& 后台运行，实时打印出调试信息。在②中，__FILE__, FUNCTION, __LINE__分别对应的是那个文件，那个函数，第几行。非常实用。

# cat /proc/kmsg&``# ./firstdrvtest on``/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c
 first_drv_open 23``/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 25``
/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 27``# ./firstdrvtest off`
`/work/LinuxDrives/20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 23``/work/LinuxDrives/
20.printk_debug/first_drv.c first_drv_open 25``/work/LinuxDrives/20.printk_debug
/first_drv.c first_drv_open 27

5、串口与printk函数的关系：

printk
    vprintk
        vscnprintf //先把输出信息放入临时BUFFER
                // Copy the output into log_buf.
                // 把临时BUFFER里的数据稍作处理，再写入log_buf
                // 比如printk("abc")会得到"abc", 再写入log_buf
                // 可以用dmesg命令把log_buf里的数据打印出来重现内核的输出信息

        // 调用硬件的write函数输出
        release_console_sem    
            call_console_drivers
          //从log_buf得到数据，算出打印级别
                _call_console_drivers
                    if ((msg_log_level write //con是console_drivers链表中的项，对用具体的输出函

数 在drives/serial/s3c2410.c中查看

在该函数中注册一个console结构体
static void s3c24xx_serial_console_write(struct console *co, const char *s,
unsigned int count)
{
uart_console_write(cons_uart, s, count, s3c24xx_serial_console_putchar);
}

串口输出函数,会调用s3c24xx_serial_console_putchar函数

static int s3c24xx_serial_initconsole(void)
{
    ...........................
    register_console(&s3c24xx_serial_console);
    return 0;
}
static struct console s3c24xx_serial_console =
{
.name = S3C24XX_SERIAL_NAME,//这个宏被定义为：TTYSAC
.device = uart_console_device, //init进程，用户程序打开/dev/console的时候会调用
.flags = CON_PRINTBUFFER,//打印还没有初始化化console前保存在log_buf里面的数据
.index = -1,//选择那个串口，由uboot中的命令决定
.write = s3c24xx_serial_console_write,//控制台输出函数
.setup = s3c24xx_serial_console_setup //串口设置函数
}; 

这个函数和硬件相关，读取寄存器，看数据是否被发送完成，最后将数据一个字节一个字节的写入寄存器，s3c2440的串口控制器会自动把数据发送出去

static void s3c24xx_serial_console_putchar(struct uart_port *port, int ch)

{
unsigned int ufcon = rd_regl(cons_uart, S3C2410_UFCON);
while (!s3c24xx_serial_console_txrdy(port, ufcon))
barrier();
wr_regb(cons_uart, S3C2410_UTXH, ch);
}

uboot的console=ttySAC0如果在linux中被识别出来是串口0的，在/kernel/printk.c中有一下代码,

__setup("console=", console_setup);

static int __init console_setup(char *str)
{
........
  add_preferred_console(name, idx, options);
} 

内核开始执行时，会发现“console=…”的命令行参数时候，就会调用console_setup函数进行数据解析，对于命令行参数”console=ttySAC0″，会解析出：设备名（name）为ttySAC,索引index为0，这些信息被保存在类型为console_cmdline、名称为console_cmdline的全局数组中（注意：数组名和数组的类型相同）

在后面的register_console(&s3c24xx_serial_console);的时候，会将s3c24xx_serial_console结构和console_cmdline数组中的设备进行比较。

①解析出来的name为S3C24XX_SERIAL_NAME 既“ttySAC”，而console_cmdline中的命令中的name也为“ttySAC”

②s3c24xx_serial_console结构体中的索引index为-1，表示使用命令行参数“console=ttySAC0”中的索引，index = 0

通过本文，我们了解了Linux内核调试技术之printk的原理和方法，它们可以用来实现对内核的调试和输出。我们应该根据实际需求选择合适的方法，并遵循一些基本原则，如使用正确的日志等级，使用正确的格式化字符串，使用正确的输出函数等。printk是Linux内核中最简单而有效的调试函数之一，它可以实现对内核的反馈和监控，也可以提升内核的可维护性和可扩展性。希望本文能够对你有所帮助和启发。

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