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printk 流程分析


1. 概述

printk 用于在终端上打印内核想要输出的信息,平常我们较多使用的打印函数是 printf,两者名字虽然只有最后一个字母不同,且都是为了在终端上显示信息,但是它们的应用场景并不相同。printk 是 linux 内核用来打印消息的,而 printf 则是用户态模式下打印消息用的,不过最终 printf 会通过系统调用的方式使用 printk 进行消息的显示。printk 的整体代码流程如下:

printk 流程分析

2. 代码分析

首先是 printk 函数,因为 printk 函数是支持不定参数的,所以第一步就是先解析参数,之后就是调用 vprintk 函数了。

asmlinkage int printk(const char *fmt, ...) { 	... 省略 ... 	va_start(args, fmt); 	r = vprintk(fmt, args); 	va_end(args);  	return r; } 

对于 vprintk 函数,其主要步骤如上图所示,首先是调用 vscnprintf 格式化字符串,并放入到 printk_buf 中,接下来就是再根据 log level 以及是否需要增加时间前缀等信息再次格式化字符串,并将最后的字符串从 printk_buf 复制到 log_buff 中,最后就是将 log_buff 中的字符串输出到终端上,实际执行输出操作的是在 console_unlock() 中进行的。

asmlinkage int vprintk(const char *fmt, va_list args) {     ... 简略版 ...     raw_spin_lock(&logbuf_lock);     /* 格式化到 printk_buf */ 	printed_len += vscnprintf(printk_buf + printed_len, 				  sizeof(printk_buf) - printed_len, fmt, args);     /* 格式化到 log_buf */     for (; *p; p++) { 		if (new_text_line) { 			new_text_line = 0;              ...         }                  emit_log_char(*p); 		if (*p == 'n') 			new_text_line = 1;     }     /* 将 log_buf 中的字符串输出到终端上*/     if (console_trylock_for_printk(this_cpu)) 		console_unlock();          return printed_len; } 

在 console_unlock 中,首先根据 con_start 和 log_end 来检查是否有需要在终端上打印的消息,如果有则开始使用 call_console_drivers 调用 console 关联的底层驱动程序进行最终的消息打印操作。

void console_unlock(void) { 	... again: 	for ( ; ; ) { 		raw_spin_lock_irqsave(&logbuf_lock, flags); 		wake_klogd |= log_start - log_end; 		if (con_start == log_end) 			break; 		_con_start = con_start; 		_log_end = log_end; 		con_start = log_end; 		raw_spin_unlock(&logbuf_lock); 		stop_critical_timings(); 		call_console_drivers(_con_start, _log_end); 		start_critical_timings(); 		local_irq_restore(flags); 	} 	console_locked = 0; 	... } 

而 call_console_drivers 函数又调用了 _call_console_drivers,进一步调用 __call_console_drivers,最终调用不同 console 关联的写操作 con->write(con, &LOG_BUF(start), end – start) 实现打印操作。

static void __call_console_drivers(unsigned start, unsigned end) { 	struct console *con;  	for_each_console(con) { 		if (exclusive_console && con != exclusive_console) 			continue; 		if ((con->flags & CON_ENABLED) && con->write && 				(cpu_online(smp_processor_id()) || 				(con->flags & CON_ANYTIME))) 			con->write(con, &LOG_BUF(start), end - start); 	} } 

3. 总结

  • printk 函数第一步是解析参数列表,然后对带有参数的字符串进行格式化,并放入到 printk_buf 中,最后再根据 log level 以及是否需要加时间前缀等配置再次格式化字符串,并放入到 log_buf 中;

  • 当 log_buf 中有需要打印的信息时,则调用 console 所关联的驱动程序完成最终的打印操作。

  • 在 __call_console_drivers 中调用 console 所关联的驱动时会先判断 con->write 是否存在,如果 con->write 不存在,则不会在终端中有信息输出,即直接忽略这次打印,然而在 linux 内核启动初期就已经开始调用 printk 函数了,而此时还并没注册 console 设备,就更不可能存在 con->write 了,那这个阶段调用 printk 输出的信息岂不是都丢了?然而事实并不是这样子的,欲知后事如何,且听下回分解。

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