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AB,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50100m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()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()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
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_debugpr_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。