Linux核心中printk與記錄層級

     函數printk的使用方法和printf相似，用於核心列印訊息。printk根據記錄層級（loglevel）對訊息進行分類。記錄層級用宏定義，記錄層級宏展開為一個字串，在編譯時間由前置處理器將它和訊息文本拼接成一個字串，因此printk 函數中記錄層級宏和格式字串間不能有逗號。

   下面是兩個printk的例子，一個用於列印調試資訊，另一個用於列印臨界條件資訊。

printk(KERN_DEBUG "Here I am: %s:%i/n", _ _FILE_ _, _ _LINE_ _); printk(KERN_CRIT "I'm trashed; giving up on %p/n", ptr);

   printk的記錄層級定義如下（在linux26/includelinux/kernel.h中）：

#defineKERN_EMERG"<0>" #defineKERN_ALERT"<1>" #defineKERN_CRIT"<2>" #defineKERN_ERR"<3>" #defineKERN_WARNING"<4>" #defineKERN_NOTICE"<5>" #defineKERN_INFO"<6>" #defineKERN_DEBUG"<7>" extern int console_printk[]; #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])

記錄層級的範圍是0～7，沒有指定記錄層級的printk語句預設採用的層級是 DEFAULT_ MESSAGE_LOGLEVEL，其定義列出如下（在linux26/kernel/printk.c中）：

#define DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL 4

核心可把訊息列印到當前控制台上，可以指定控制台為字元模式的終端或印表機等。預設情況下，“控制台”就是當前的虛擬終端。

為了更好地控制不同層級的資訊顯示在控制台上，核心設定了控制台的記錄層級console_loglevel。printk記錄層級的作用是列印一定層級的訊息，與之類似，控制台只顯示一定層級的訊息。

當記錄層級小於console_loglevel時，訊息才能顯示出來。控制台相應的記錄層級定義如下：

#define MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL　 1　 　 #define DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL 　7 int console_printk[4] = { DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL, DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL, MINIMUM_CONSOLE_LOGLEVEL, DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL, };

如果系統運行了klogd和syslogd，則無論console_loglevel為何值，核心訊息都將追加到/var/log/messages中。如果klogd沒有運行，訊息不會傳遞到使用者空間，只能查看/proc/kmsg。

變數console_loglevel的初始值是DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL，可以通過sys_syslog系統調用進行修改。調用klogd時可以指定-c開關選項來修改這個變數。如果要修改它的當前值，必須先殺掉klogd，再加-c選項重新啟動它。

註：#ps -e 查看所有進程PID，然後KILL。
通過讀寫/proc/sys/kernel/printk檔案可讀取和修改控制台的記錄層級。查看這個檔案的方法如下：

#cat /proc/sys/kernel/printk 6 4 1 7

上面顯示的4個資料分別對應控制台記錄層級、預設的訊息記錄層級、最低的控制台記錄層級和預設的控制台記錄層級。

可用下面的命令設定當前記錄層級：

# echo 8 > /proc/sys/kernel/printk

printk列印訊息機制

在核心中，函數printk將訊息列印到環形緩衝區__log_buf中，並將訊息傳給控制台進行顯示。控制台驅動程式根據控制台的記錄層級顯示日誌訊息。

應用程式通過系統調用sys_syslog管理環形緩衝區__log_buf，它可以讀取資料、清除緩衝區、設定記錄層級、開/關控制台等。

當系統調用sys_syslog從環形緩衝區__log_buf讀取資料時，如果緩衝區沒有資料，系統調用sys_syslog所在進程將被加入到等待隊列log_wait中進行等待。當printk將資料列印到緩衝區後，將喚醒系統調用sys_syslog所在進程從緩衝區中讀取資料。等待隊列 log_wait定義如下：

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(log_wait);//等待隊列log_wait

環形緩衝區__log_buf在使用之前就是已定義好的全域變數，緩衝區的長度為1 << CONFIG_LOG_ BUF_SHIFT。變數CONFIG_LOG_BUF_SHIFT在核心編譯時間由設定檔定義，對於i386平台，其值定義如下（在 linux26/arch/i386/defconfig中）：

CONFIG_LOG_BUF_SHIFT=18

在核心編譯時間，編譯器根據設定檔的設定，產生如下的宏定義：

#define CONFIG_LOG_BUF_SHIFT 18

環形緩衝區__log_buf定義如下（在linux26/kernel/printk.c中）：

#define __LOG_BUF_LEN(1 << CONFIG_LOG_BUF_SHIFT)　//定義環形緩衝區的長度，i386平台為 static char __log_buf[__LOG_BUF_LEN];　//printk的環形緩衝區 static char *log_buf = __log_buf; static int log_buf_len = __LOG_BUF_LEN; static DEFINE_SPINLOCK(logbuf_lock);

通過宏定義LOG_BUF，緩衝區__log_buf具備了環形緩衝區的操作行為。宏定義LOG_BUF得到緩衝區指定位置序號的字元，位置序號超過緩衝區長度時，通過與長度掩碼LOG_BUF_MASK進行邏輯與操作，位置序號迴圈回到環形緩衝區中的位置。

宏定義LOG_BUF及位置序號掩碼LOG_BUF_MASK的定義列出如下：

#define LOG_BUF_MASK　(log_buf_len-1) #define LOG_BUF(idx)　 (log_buf[(idx) & LOG_BUF_MASK])

為了指明環形緩衝區__log_buf字元讀取位置，定義了下面的位置變數：

static unsigned long log_start; static unsigned long con_start; static unsigned long log_end; static unsigned long logged_chars;

任何地方的核心調用都可以調用函數printk列印調試、安全、提示和錯誤訊息。函數printk嘗試得到控制台訊號量（console_sem），如果得到，就將資訊輸出到環形緩衝區__log_buf中，然後函數release_console_sem()在釋放訊號量之前把環形緩衝區中的訊息送到控制台，調用控制台驅動程式顯示列印的資訊。如果沒得到訊號量，就只將資訊輸出到環形緩衝區後返回。函數printk的調用層次1所示。

圖1 函數printk的調用層次圖

函數printk列出如下（在linux26/kernel/printk.c中）：

asmlinkage int printk(const char *fmt, ...) { va_list args; int r; va_start(args, fmt); r = vprintk(fmt, args); va_end(args); return r; } asmlinkage int vprintk(const char *fmt, va_list args) { unsigned long flags; int printed_len; char *p; static char printk_buf[1024]; static int log_level_unknown = 1; preempt_disable();　//關閉核心搶佔 if (unlikely(oops_in_progress) && printk_cpu == smp_processor_id()) zap_locks(); local_irq_save(flags); //儲存本地中斷標識 lockdep_off(); spin_lock(&logbuf_lock); printk_cpu = smp_processor_id();　 printed_len = vscnprintf(printk_buf, sizeof(printk_buf), fmt, args); for (p = printk_buf; *p; p++) { if (log_level_unknown) { if (printk_time) { int loglev_char; char tbuf[50], *tp; unsigned tlen; unsigned long long t; unsigned long nanosec_rem; if (p[0] == '<' && p[1] >='0' && p[1] <= '7' && p[2] == '>') { loglev_char = p[1];　//擷取記錄層級字元 p += 3; printed_len -= 3; } else { loglev_char = default_message_loglevel + '0'; } t = printk_clock();//返回當前時鐘，以ns為單位 nanosec_rem = do_div(t, 1000000000); tlen = sprintf(tbuf, "<%c>[%5lu.%06lu] ", loglev_char, (unsigned long)t, nanosec_rem/1000);//寫入格式化後的記錄層級和時間 for (tp = tbuf; tp < tbuf + tlen; tp++)　 emit_log_char(*tp);　 //將記錄層級和時間字元輸出到迴圈緩衝區 printed_len += tlen; } else { if (p[0] != '<' || p[1] < '0' || p[1] > '7' || p[2] != '>') { emit_log_char('<'); emit_log_char(default_message_loglevel + '0');　 //輸出字元到迴圈緩衝區 emit_log_char('>'); printed_len += 3; } } log_level_unknown = 0; if (!*p) break; } emit_log_char(*p);//將其他printk_buf資料輸出到迴圈緩衝區 if (*p == '/n') log_level_unknown = 1; } if (!down_trylock(&console_sem)) { console_locked = 1; printk_cpu = UINT_MAX; spin_unlock(&logbuf_lock); if (cpu_online(smp_processor_id()) || have_callable_console()) { console_may_schedule = 0; release_console_sem(); } else { console_locked = 0; up(&console_sem); } lockdep_on(); local_irq_restore(flags); //恢複本地中斷標識 } else { printk_cpu = UINT_MAX; spin_unlock(&logbuf_lock); lockdep_on(); local_irq_restore(flags); //恢複本地中斷標識 } preempt_enable(); //開啟搶佔機制 return printed_len; }

函數release_console_sem()給控制台系統開鎖，釋放控制台系統及驅動程式調用者持有的訊號量。持有訊號量時，表示printk 已在緩衝區存有資料。函數release_console_sem()在釋放訊號量之前將這些資料送給控制台顯示。如果後台進程klogd在等待環形緩衝區裝上資料，它喚醒klogd進程。

函數release_console_sem列出如下（在linux26/kernel/printk.c中）：

void release_console_sem(void) { unsigned long flags; unsigned long _con_start, _log_end; unsigned long wake_klogd = 0; for ( ; ; ) { 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; spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags); //調用控制台driver的write函數寫入到控制台 call_console_drivers(_con_start, _log_end); } console_locked = 0; console_may_schedule = 0; up(&console_sem); spin_unlock_irqrestore(&logbuf_lock, flags); if (wake_klogd && !oops_in_progress && waitqueue_active(&log_wait)) wake_up_interruptible(&log_wait);//喚醒在等待隊列上的進程 }

函數_call_console_drivers將緩衝區中從start到end - 1的資料輸出到控制台進行顯示。在輸出資料到控制台之前，它檢查訊息的記錄層級。只有記錄層級小於控制台記錄層級console_loglevel的訊息，才能交給控制台驅動程式進行顯示。

函數_call_console_drivers列出如下：

static void _call_console_drivers(unsigned long start, unsigned long end, int msg_log_level) { //記錄層級小於控制台記錄層級的訊息才能輸出到控制台 if ((msg_log_level < console_loglevel || ignore_loglevel) && console_drivers && start != end) { if ((start & LOG_BUF_MASK) > (end & LOG_BUF_MASK)) { __call_console_drivers(start & LOG_BUF_MASK, log_buf_len); __call_console_drivers(0, end & LOG_BUF_MASK); } else { __call_console_drivers(start, end); } } }

函數__call_console_drivers調用控制台驅動程式的寫操作函數顯示訊息。其列出如下：

static void __call_console_drivers(unsigned long start, unsigned long end) { struct console *con; for (con = console_drivers; con; con = con->next) { if ((con->flags & CON_ENABLED) && con->write && (cpu_online(smp_processor_id()) || (con->flags & CON_ANYTIME))) con->write(con, &LOG_BUF(start), end - start);　//調用驅動程式的寫操作函數 } }