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:

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。

  1. asmlinkage int printk(const char *fmt, ...)
  2. {
  3. ... 省略 ...
  4. va_start(args, fmt);
  5. r = vprintk(fmt, args);
  6. va_end(args);
  7. return r;
  8. }

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。

  1. asmlinkage int vprintk(const char *fmt, va_list args)
  2. {
  3. ... 简略版 ...
  4. raw_spin_lock(&logbuf_lock);
  5. /* 格式化到 printk_buf */
  6. printed_len += vscnprintf(printk_buf + printed_len,
  7. sizeof(printk_buf) - printed_len, fmt, args);
  8. /* 格式化到 log_buf */
  9. for (; *p; p++) {
  10. if (new_text_line) {
  11. new_text_line = 0;
  12. ...
  13. }
  14. emit_log_char(*p);
  15. if (*p == '\n')
  16. new_text_line = 1;
  17. }
  18. /* 将 log_buf 中的字符串输出到终端上*/
  19. if (console_trylock_for_printk(this_cpu))
  20. console_unlock();
  21. return printed_len;
  22. }

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。

  1. void console_unlock(void)
  2. {
  3. ...
  4. again:
  5. for ( ; ; ) {
  6. raw_spin_lock_irqsave(&logbuf_lock, flags);
  7. wake_klogd |= log_start - log_end;
  8. if (con_start == log_end)
  9. break;
  10. _con_start = con_start;
  11. _log_end = log_end;
  12. con_start = log_end;
  13. raw_spin_unlock(&logbuf_lock);
  14. stop_critical_timings();
  15. call_console_drivers(_con_start, _log_end);
  16. start_critical_timings();
  17. local_irq_restore(flags);
  18. }
  19. console_locked = 0;
  20. ...
  21. }

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。

  1. static void __call_console_drivers(unsigned start, unsigned end)
  2. {
  3. struct console *con;
  4. for_each_console(con) {
  5. if (exclusive_console && con != exclusive_console)
  6. continue;
  7. if ((con->flags & CON_ENABLED) && con->write &&
  8. (cpu_online(smp_processor_id()) ||
  9. (con->flags & CON_ANYTIME)))
  10. con->write(con, &LOG_BUF(start), end - start);
  11. }
  12. }

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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