内核调试

从事内核驱动开发，程序出现了问题，调试是重要的一环。而打印是最容易掌握的调试方式，本节将给大家分享下内核打印的一些常用手段。

printk打印

printk内核最经常使用的打印函数，它的使用方法和用户空间的printf函数一样。稍微不同的是，printk可以通过参数指定打印等级，对应的控制台也有打印等级，只有优先级高于控制台的printk打印才会显示到屏幕上，低优先级的打印都会被过滤掉。printk的打印等级如下：

#defineKERN_EMERG"<0>"    /*紧急事件消息，系统崩溃之前提示，表示系统不可用*/
#defineKERN_ALERT"<1>"    /*报告消息，表示必须立即采取措施*/
#defineKERN_CRIT"<2>"     /*临界条件，通常涉及严重的硬件或软件操作失败*/
#defineKERN_ERR"<3>"      /*错误条件，驱动程序常用KERN_ERR来报告硬件的错误*/
#defineKERN_WARNING"<4>"  /*警告条件，对可能出现问题的情况进行警告*/
#defineKERN_NOTICE"<5>"   /*正常但又重要的条件，用于提醒。常用于与安全相关的消息*/
#defineKERN_INFO"<6>"     /*提示信息，如驱动程序启动时，打印硬件信息*/
#defineKERN_DEBUG"<7>"    /*调试级别的消息*/

 printk(KERN_INFO "hello zhaixue.cc/n");

查看和修改控制台的打印等级：

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

这四个数字分别代表

• 控制台打印等级：优先级高于该值的printk打印才会输出到控制台重定向的串口或屏幕上
• 默认的消息日志级别
• 最低的控制台日志级别
• 默认的控制台日志级别

数字越小，优先级越高。内核默认的printk打印等级是4，高于控制台的打印优先级7，所以在内核模块中使用printk打印，都可以在屏幕上看到输出的。如果我们将控制台打印等级修改为3，就看不到内核模块的打印信息：

[root@vexpress ]# echo 3 4 1 7 > /proc/sys/kernel/printk 
[root@vexpress ]# cat /proc/sys/kernel/printk
3    4    1    7
[root@vexpress ]# insmod hello.ko 
[root@vexpress ]# rmmod hello.ko 
[root@vexpress ]#

低于控制台等级的内核打印信息，虽然不能输出到屏幕上，但会保存中内核的日志缓存中，可以通过dmesg命令查看。

不同级别的打印函数

在头文件中，通过对printk打印等级的封装，实现了不同级别的打印函数，更方便内核开发者直接调用

• pr_err：
• pr_warn：
• pr_notice：
• pr_info：

pr_err、pr_warn、pr_info的使用方式和 printf、printk 相同：

int num = 100;
pr_err("hello %d\n", num);
pr_info("hello %d\n", num);

在内核中可以看到它们的定义：

#define pr_emerg(fmt, ...) \
        printk(KERN_EMERG pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_alert(fmt, ...) \
        printk(KERN_ALERT pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_crit(fmt, ...) \
        printk(KERN_CRIT pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_err(fmt, ...) \
        printk(KERN_ERR pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_warning(fmt, ...) \
        printk(KERN_WARNING pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_notice(fmt, ...) \
        printk(KERN_NOTICE pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_info(fmt, ...) \
        printk(KERN_INFO pr_fmt(fmt), ##__VA_ARGS__)
#define pr_cont(fmt, ...) \
        printk(KERN_CONT fmt, ##__VA_ARGS__)

打印函数调用栈

内核中存在大量的函数指针多态调用，阅读内核源码时，如果你不太清楚内核中这些函数调用的具体路径，可以通过一些特定的函数，打印函数的调用栈，将函数的上下文调用关系打印到屏幕上，可以帮助更快地分析内核源码的调用过程。笔者经常使用的打印函数是： dump_stack()

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>

static int __init hello_init(void)
{
    printk(KERN_INFO"Hello world\n");
    dump_stack();
    return 0;
}

static void __exit hello_exit(void)
{
    printk("Goodbye world\n");
}

module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("wit@zhaixue.cc");

在hello内核模块的hello_init函数内添加dump_stack()，当我们使用isnmod加载模块到内核执行，调用hello_init函数时，就会打印当前函数的调用关系。

[root@vexpress ]# insmod hello.ko 
[ 3543.891700] Hello world
[ 3543.892289] CPU: 0 PID: 181 Comm: insmod Tainted: G           O      5.10.0-rc3+ #10
[ 3543.892748] Hardware name: ARM-Versatile Express
[ 3543.894048] [<8010f4bc>] (unwind_backtrace) from [<8010b3a8>] (show_stack+0x10/0x14)
[ 3543.894545] [<8010b3a8>] (show_stack) from [<808594c4>] (dump_stack+0x98/0xac)
[ 3543.895453] [<808594c4>] (dump_stack) from [<7f005014>] (hello_init+0x14/0x1000 [hello])
[ 3543.896038] [<7f005014>] (hello_init [hello]) from [<80101f80>] (do_one_initcall+0x58/0x244)
[ 3543.896457] [<80101f80>] (do_one_initcall) from [<801aab5c>] (do_init_module+0x60/0x228)
[ 3543.896821] [<801aab5c>] (do_init_module) from [<801ace94>] (load_module+0x2070/0x2484)
[ 3543.897200] [<801ace94>] (load_module) from [<801ad3ec>] (sys_init_module+0x144/0x184)
[ 3543.897548] [<801ad3ec>] (sys_init_module) from [<80100060>] (ret_fast_syscall+0x0/0x54)
[ 3543.898053] Exception stack(0x81a21fa8 to 0x81a21ff0)
[ 3543.898521] 1fa0:                   00000000 000151b4 002154d0 000151b4 001fdfd0 00000000
[ 3543.899033] 1fc0: 00000000 000151b4 00000000 00000080 7ec3ee48 7ec3ee4c 001fdfd0 001e967c
[ 3543.899481] 1fe0: 7ec3eb18 7ec3eb08 000367d0 00011350

跟踪内核异常

在调试内核是，在一些需要调试的执行路径，我看可以通过一些手段，导致内核发生异常或OOPS，打印一些必要的调试信息，常用的调试函数或宏如下：

• WARN(condition, format…)：，condition为出发异常的条件，打印格式类似 printk
• WARN_ON(condition)：调用dump_stack，不会OOPS
• BUG()：内核界的断言，触发内核OOPS，输出log
• BUG_ON(condition)：条件触发内核OOPS，输出log
• panic(fmt…)：系统crashed，输出log

WARN只是在可能出发condition的地方设置打印点，而BUG和BUG_ON则会触发内核OOPS，将CPU寄存器内核栈dump出来，panic就更严重了，不仅会触发OOPS，还会导致系统死机。大家在以后的内核或驱动调试中，可以根据自己的需要选择合适的打印方式，这里就不一一给大家举例了，有兴趣可以去看看《Linux内核编程：入门篇》中配套的视频演示。