Linux内核修炼之道》精华分享与讨论（21）——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。

附：

5月11号和13号会做两个在线的presentation，有兴趣的朋友可以去http://www.farsight.com.cn/zt-webcasts2/renqiaowei.aspx
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