Linux内核(14) - 二分法与printk

人生就是一个茶几，上面摆满了杯具。内核也是一个大茶几，不过它上面的杯具是一个个的bug。确定bug什么时候被引入是一个很关键的步骤，在这个定位bug的过程中，不论有意或无意，都会很自然地用到二分查找的方法。

二分查找法的基本原理

对于二分查找法，我们不会也不应该会感到陌生。作为一种高效的查找算法，它曾出现在我们的数据结构课堂里，出现在一次又一次的面试里，更是会频繁地应用在我们的代码里。在我们所接触到的各种算法里，它可以说是最为大众化、最充满生活智慧的一个，很多人并不知道二分查找法的概念，却能够在生活中熟练的去应用。

比如，一个工人要维修一条10km长的电话线，首先他需要定位出故障所在，如果沿着线路一小段一小段地查找，显然非常得困难，每查一个点都要爬一次电线杆，10km长的距离会有大约200多根电线杆。假设电线两端分别为A、B，这时他会很自然地首先从中间的C开始查起，用话机向两端测试时，发现AC段正常，故而断定故障在BC段，再到BC段的中点D，如果发现BD段正常，则故障在CD段，然后再到CD的中间点E查找，这样每查一次，就可以把待查线路的长度缩减一半，因而经过7次查找，就可以将故障发生的范围缩小到50～100m左右，即在一两根电线杆附近。如此一来要节省很多的精力与时间。

这是二分查找法在生活中的一个典型应用，实际上，查找内核的bug与查找电话线的故障相比，本质上都是相同的，并没有高深到哪里去，都是首先要定位出故障的位置，然后去解决它。

比如你在使用某个版本的内核时，发现了一个内核bug，这时你需要知道它究竟是在应用哪个补丁时被引入的，如果一个一个的去还原那些补丁，每还原一个补丁就要测试一次内核，那么必然会浪费过多的时间，而应用二分查找法，首先确定一个肯定没有出现该bug的内核版本，然后去测试位于这两个版本中间的那个版本，这样重复筛选，就能够很容易的定位出是从哪个版本开始出现了这个bug。

printk()

printk()应该是每一个驱动开发者最为亲密的伙伴了，我们常常将它与二分查找法结合在一起寻找代码中发生问题的位置。

通常情况下，对于代码中的两个printk()语句，如果一个正常执行，而另一个没有被执行，就说明问题发生在这两个printk()之间，接下来就可以在这个范围内应用二分查找法定位有问题的代码。

1. printk()与printf()

用户空间有printf()，内核空间有printk()，它们就如代表善与恶的命运双生子，即使长相功能如何的接近，都不能在代码中共存。

对于我们来说，最容易犯的错误是，在需要printk()的地方误用了printf()，而在需要printf()的地方却又误用了printk()，通常这都不会是因为不知道它们的区别，而只是习惯使然。民间流传有这样的说法：当你在编写用户空间应用程序的时候，下意识写出的都是printk()，那么就说明你是个标准的内核开发者了。

2. printk()的消息级别

printk()与printf()的一个重要区别就是前者可以指定消息的打印级别，内核根据这个指定的级别来决定是否将消息打印到终端上。如下表所示，printk()共有8个级别。

级别	描述
KERN_EMERG	紧急情况，系统可能会崩溃
KERN_ALERT	必须立即响应
KERN_CRIT	临界情况
KERN_ERR	错误信息
KERN_WARNING	警告信息
KERN_NOTICE	普通的但可能需要注意的信息
KERN_INFO	提示性信息
KERN_DEBUG	调试信息

如果没有指定消息的级别，printk()会使用默认的DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL（通常是KERN_WARNING）。

3. 控制台的日志级别（console_loglevel）

当printk指定的消息级别小于指定的控制台日志级别时，消息的内容就会显示在该控制台上。控制台的日志级别定义在include/linux/kernel.h文件中，默认为DEFAULT_CONSOLE_LOGLEVEL（值等于7），也就是说默认情况下，比KERN_DEBUG级别高的printk()消息内容都可以在控制台上显示。

我们可以执行下面的命令使任何级别的printk()消息都被打印在终端上

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

4. printk()的变体

内核在include/linux/kernel.h文件中提供了两个printk()的变体pr_debug和pr_info，它们的定义为：

235 #define pr_debug(fmt,arg...) /

236 printk(KERN_DEBUG fmt,##arg)

244 #define pr_info(fmt,arg...) /

245 printk(KERN_INFO fmt,##arg)

5. printk()不是万能的

printk()虽然很好用，但它并不是万能的，在系统启动时，终端还没有初始化之前，它并不能被使用，不过如果不是在调试系统的启动过程的话，这并不能算是个问题。

其实内核提供了一个printk()的变体early_printk()，专门用于在系统启动的初期在终端上打印消息，它与printk()的区别仅仅在于名字的不同以及它能够更早地工作。