printk與printf

amarant

        這兩個(gè)函數(shù)是經(jīng)常用到的函數(shù)，閑暇之余，剖析下這兩個(gè)函數(shù)的原理。這兩個(gè)函數(shù)都是把字符串打印到終端上。其最終所要做的就是把存放在緩存區(qū)里的內(nèi)容輸出到串口。

printk
        printk函數(shù)在kernel/printk.c中，其把主要工作交給了vprintk。vprintk經(jīng)過(guò)vscnprintf把要打印的數(shù)據(jù)格式化后存放到printk_buf緩存區(qū)中，然后通過(guò)emit_log_char把要打印的數(shù)據(jù)放到__log_buf里。emit_log_char保證了__log_buf不會(huì)下標(biāo)越界——因?yàn)槊看蔚搅司彺鎱^(qū)末又從頭開(kāi)始存放數(shù)據(jù)。代碼中使用new_text_line變量來(lái)判斷當(dāng)前字符是不是行首，因?yàn)閮?nèi)核在配置下可能會(huì)在行首打印時(shí)間或者當(dāng)前打印的級(jí)別。
        真正調(diào)用打印的函數(shù)在console_unlock里面，在該函數(shù)里會(huì)執(zhí)行call_console_drivers(_con_start, _log_end).接下來(lái)的調(diào)用流程是：
        _call_console_drivers(start_print, end, msg_level);
         -> __call_console_drivers(start, end);
          -> for_each_console(con) { ... con->write(con, &LOG_BUF(start), end - start); ... }

        for_each_console展開(kāi)就是for (con = console_drivers; con != NULL; con = con->next),設(shè)置這個(gè)console_drivers的write方法流程如下所示：
        start_kernel //init/main.c
         -> console_init //drivers/tty/tty_io.c   所有和console相關(guān)的初始化函數(shù)在鏈接腳本里指定好了放在.con_initcall.init區(qū)
          -> serial8250_console_init //drivers/tty/serial/8250.c
           -> register_console(&serial8250_console); // 關(guān)鍵代碼在于console_drivers = newcon;

        這時(shí)就可以看到con->write其實(shí)就是serial8250_console.write，即serial8250_console_write。這個(gè)函數(shù)所做的就是對(duì)硬件進(jìn)行操作。就不繼續(xù)往下說(shuō)了。
        但是在調(diào)用console_init之前調(diào)用printk也能打印出信息，這是為什麼呢？在start_kernel函數(shù)中很早就調(diào)用了parse_early_param函數(shù)，該函數(shù)會(huì)調(diào)用到鏈接腳本中.init.setup段的函數(shù)。其中就有setup_early_serial8250_console函數(shù)。該函數(shù)通過(guò)register_console(&early_serial8250_console);注冊(cè)了一個(gè)比較簡(jiǎn)單的串口設(shè)備�？梢杂脕�(lái)打印內(nèi)核啟動(dòng)早期的信息。

printf
        printf其本質(zhì)就是通過(guò)write系統(tǒng)調(diào)用完成的。如果感興趣可以用strace觀察下。 那么就從sys_write這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用開(kāi)始分析吧。該系統(tǒng)調(diào)用的定義位于fs/read_write.c中:SYSCALL_DEFINE3(write, unsigned int, fd, const char __user *, buf, size_t, count)。打印出信息所要經(jīng)過(guò)的流程如下：
        vfs_write
        -> redirected_tty_write  // tty_io.c:tty_init 中設(shè)置file->f_op->write指向該函數(shù)
         -> tty_write // 關(guān)鍵在于調(diào)用 ret = do_tty_write(ld->ops->write, tty, file, buf, count);
          -> n_tty_write
           -> process_output_block
            -> uart_write
             -> uart_start
              -> __uart_start
               -> serial8250_start_tx
                -> transmit_chars

        光從這個(gè)調(diào)用流程來(lái)看，就足夠復(fù)雜了。可以用戶(hù)態(tài)要打印一個(gè)字符可真不容易。
        redirected_tty_write函數(shù)判斷終端重定向（通過(guò)ioctl的TIOCCONS控制字）。
        tty_write做一些檢測(cè)，把任務(wù)交給了do_tty_write。
        do_tty_write通過(guò)copy_from_user(tty->write_buf, buf, size)把要打印的字符拷貝到內(nèi)核空間，再調(diào)用ld->ops->write函數(shù)。(注冊(cè)ldisc還是在上文中的console_init函數(shù)中。tty_ldisc_begin函數(shù)完成ldisc的設(shè)置。)
        接下來(lái)的函數(shù)都可以顧名思義的。
       
        為什麼用戶(hù)程序的打印如此復(fù)雜呢？?jī)?nèi)核在用戶(hù)和硬件中間加了一個(gè)tty層以保證設(shè)備驅(qū)動(dòng)可以專(zhuān)心處理和硬件相關(guān)的事。而不必考慮復(fù)雜的數(shù)據(jù)格式化。

lofeng410

最近定位了一個(gè)串口相關(guān)的問(wèn)題，大概了解了下
其中一個(gè)很奇怪的地方，在敲鍵盤(pán)后，輸入的字符并不是馬上回顯出來(lái)，而是只有串口終端程序收到該字符后，然后在用戶(hù)態(tài)調(diào)用write將字符回顯出來(lái)

amarant

回復(fù) 2# lofeng410


    流程就是這樣的�；仫@的函數(shù)在n_tty_write中的process_echoes，你可以去看看。

瀚海書(shū)香

回復(fù) 1# amarant
多謝分享！

   

綠色圣光

多謝樓主分享！剛好解決了我的疑惑。