linux kernel 没有输出信息 怎么调试

Posted 2023-03-02

最近工作在调试usb虚拟串口，让其作为kernel启动的调试串口，以及user空间的输入输出控制台。
利用这个机会，学习下printk如何选择往哪个console输出以及user空间下控制台如何选择，记录与此，与大家共享，也方便自己以后翻阅。
Kernel版本号：3.4.55
依照我的思路（还是时间顺序）分了4部分，指定kernel调试console ， kernel下printk console的选择 ，kernel下console的注册，user空间console的选择。

一 指定kernel调试console
首先看kernel启动时如何获取和处理指定的console参数。
kernel的启动参数cmdline可以指定调试console，如指定‘console=ttyS0,115200’,
kernel如何解析cmdline，我之前写了一篇博文如下：
http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/41142801

根据之前的分析，cmdline中有console=xxx，start_kernel中parse_args遍历.init.setup段所有obs_kernel_param。
kernel/printk.c中注册了‘console=’的解析函数console_setup（注册了obs_kernel_param），所以匹配成功，会调用console_setup来解析，如下：

[cpp] view plain copy
static int __init console_setup(char *str)

char buf[sizeof(console_cmdline[0].name) + 4]; /* 4 for index */
char *s, *options, *brl_options = NULL;
int idx;

#ifdef CONFIG_A11Y_BRAILLE_CONSOLE
if (!memcmp(str, "brl,", 4))
brl_options = "";
str += 4;
else if (!memcmp(str, "brl=", 4))
brl_options = str + 4;
str = strchr(brl_options, ',');
if (!str)
printk(KERN_ERR "need port name after brl=\n");
return 1;

*(str++) = 0;

#endif

/*
* Decode str into name, index, options.
*/
if (str[0] >= '0' && str[0] <= '9')
strcpy(buf, "ttyS");
strncpy(buf + 4, str, sizeof(buf) - 5);
else
strncpy(buf, str, sizeof(buf) - 1);

buf[sizeof(buf) - 1] = 0;
if ((options = strchr(str, ',')) != NULL)
*(options++) = 0;
#ifdef __sparc__
if (!strcmp(str, "ttya"))
strcpy(buf, "ttyS0");
if (!strcmp(str, "ttyb"))
strcpy(buf, "ttyS1");
#endif
for (s = buf; *s; s++)
if ((*s >= '0' && *s <= '9') || *s == ',')
break;
idx = simple_strtoul(s, NULL, 10);
*s = 0;

__add_preferred_console(buf, idx, options, brl_options);
console_set_on_cmdline = 1;
return 1;

__setup("console=", console_setup);

参数是console=的值字符串，如“ttyS0,115200”,console_setup对console=参数值做解析，以ttyS0,115200为例，最后buf=“ttyS”，idx=0,options="115200",brl_options=NULL。调用__add_preferred_console如下：

[cpp] view plain copy
/*
* If exclusive_console is non-NULL then only this console is to be printed to.
*/
static struct console *exclusive_console;

/*
* Array of consoles built from command line options (console=)
*/
struct console_cmdline

char name[8]; /* Name of the driver */
int index; /* Minor dev. to use */
char *options; /* Options for the driver */
#ifdef CONFIG_A11Y_BRAILLE_CONSOLE
char *brl_options; /* Options for braille driver */
#endif
;

#define MAX_CMDLINECONSOLES 8

static struct console_cmdline console_cmdline[MAX_CMDLINECONSOLES];
static int selected_console = -1;
static int preferred_console = -1;
int console_set_on_cmdline;
EXPORT_SYMBOL(console_set_on_cmdline);
static int __add_preferred_console(char *name, int idx, char *options,
char *brl_options)

struct console_cmdline *c;
int i;

/*
* See if this tty is not yet registered, and
* if we have a slot free.
*/
for (i = 0; i < MAX_CMDLINECONSOLES && console_cmdline[i].name[0]; i++)
if (strcmp(console_cmdline[i].name, name) == 0 &&
console_cmdline[i].index == idx)
if (!brl_options)
selected_console = i;
return 0;

if (i == MAX_CMDLINECONSOLES)
return -E2BIG;
if (!brl_options)
selected_console = i;
c = &console_cmdline[i];
strlcpy(c->name, name, sizeof(c->name));
c->options = options;
#ifdef CONFIG_A11Y_BRAILLE_CONSOLE
c->brl_options = brl_options;
#endif
c->index = idx;
return 0;


kernel利用结构体数组console_cmdline[8],最多可支持8个cmdline传入的console参数。
__add_preferred_console将name idx options保存到数组下一个成员console_cmdline结构体中，如果数组中已有重名，则不添加，并置selected_console为最新添加的console_cmdline的下标号。
比如cmdline中有“console=ttyS0,115200 console=ttyS1,9600”
则在console_cmdline[8]数组中console_cmdline[0]代表ttyS0，console_cmdline[1]代表ttyS1，而selected_console=1.

二 kernel下printk console的选择
kernel下调试信息是通过printk输出，如果要kernel正常打印，则需要搞明白printk怎么选择输出的设备。
关于printk的实现原理，我在刚工作的时候写过一篇博文，kernel版本是2.6.21的，但是原理还是一致的，可供参考：
http://blog.csdn.net/skyflying2012/article/details/7970341
printk首先将输出内容添加到一个kernel缓冲区中，叫log_buf，log_buf相关代码如下：

[cpp] view plain copy
#define MAX_CMDLINECONSOLES 8

static struct console_cmdline console_cmdline[MAX_CMDLINECONSOLES];
static int selected_console = -1;
static int preferred_console = -1;
int console_set_on_cmdline;
EXPORT_SYMBOL(console_set_on_cmdline);

/* Flag: console code may call schedule() */
static int console_may_schedule;

#ifdef CONFIG_PRINTK

static char __log_buf[__LOG_BUF_LEN];
static char *log_buf = __log_buf;
static int log_buf_len = __LOG_BUF_LEN;
static unsigned logged_chars; /* Number of chars produced since last read+clear operation */
static int saved_console_loglevel = -1;

log_buf的大小由kernel menuconfig配置，我配置的CONFIG_LOG_BUF_SHIFT为17，则log_buf为128k。

printk内容会一直存在log_buf中，log_buf满了之后则会从头在开始存，覆盖掉原来的数据。
根据printk的实现原理，printk最后调用console_unlock实现log_buf数据刷出到指定设备。
这里先不关心printk如何处理log buf数据(比如添加内容级别)，只关心printk如何一步步找到指定的输出设备，根据printk.c代码，可以找到如下线索。
printk->vprintk->console_unlock->call_console_drivers->_call_console_drivers->_call_console_drivers->__call_console_drivers
看线索最底层__call_console_drivers代码。如下：

[cpp] view plain copy
/*
* Call the console drivers on a range of log_buf
*/
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);


for_each_console定义如下：

[cpp] view plain copy
/*
* for_each_console() allows you to iterate on each console
*/
#define for_each_console(con) \
for (con = console_drivers; con != NULL; con = con->next)
遍历console_drivers链表所有console struct，如果有exclusive_console，则调用与exclusive_console一致console的write，
如果exclusive_console为NULL，则调用所有ENABLE的console的write方法将log buf中start到end的内容发出。
可以看出，execlusive_console来指定printk输出唯一console，如果未指定，则向所有enable的console写。
默认情况下execlusive_console=NULL，所以printk默认是向所有enable的console写！
只有一种情况是指定execlusive_console，就是在console注册时，下面会讲到。
到这里就很明了了，kernel下每次printk打印，首先存log_buf，然后遍历console_drivers，找到合适console(execlusive_console或所有enable的)，刷出log。
console_drivers链表的成员是哪里来的，谁会指定execulsive_console？接着来看下一部分，kernel下console的注册 参考技术A 内核中的bug也是多种多样的。它们的产生有无数的原因，同时表象也变化多端。从隐藏在源代码中的错误到展现在目击者面前的bug，其发作往往是一系列连锁反应的事件才可能出发的。虽然内核调试有一定的困难，但是通过你的努力和理解，说不定你会喜欢上这样的挑战。