Linux 内核开发笔记：休眠唤醒、Proc 文件系统、调试与性能工具

如下等待条件满足，如上 卡住的即休眠的进程 会正常退出（两个进程 cat 卡住休眠，执行如下一行，两个进程都不会卡住）。

2. Proc 文件系统

/* 新调试方法：利用 proc 文件系统在 pro 文件夹下创建接口，读写这个接口就可实现对内核的调试
struct proc_ops // pro 文件夹下创建接口第一种方式 proc_create()
struct seq_operations // 第二种方式 proc_create_seq()
remove_proc_entry // 移除接口
*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/string.h>
#define PROC_DEBUG
#ifdef PROC_DEBUG
#include <linux/proc_fs.h> // 传统第一种方式
#include <linux/seq_file.h> // seq 第二种方式
#endif
char* str = "hello proc\n";
#ifdef PROC_DEBUG
int hp_open(struct inode *inode, struct file *filp) {
    printk(KERN_INFO "open %ld\n", strlen(str));
    return 0;
}
ssize_t hp_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *f_pos) {
    ssize_t retval = 0;
    int n = strlen(str); // 内容总长度（11 字节，含\n）
    if (*f_pos >= n) goto out;
    if (*f_pos + count > n) count = n - *f_pos; // 防止越界 count = n -*f_pos；调整读取长度
    if (copy_to_user(buff, str, count)) { // 将字符串 str("hello proc\n") 赋值到 buff 用户空间
        retval = -EFAULT;
        goto out;
    }
    *f_pos += count; // 更新偏移量
    return count;
out:
    return retval;
}
struct proc_ops hp_ops = {
    // 下面 __init 函数中 proc_create 调用 hp_ops 创建接口文件
    .proc_open = hp_open,
    .proc_read = hp_read,
};
void* hp_seq_start(struct seq_file *m, loff_t *pos) // pos 表示当前读到哪个位置或写到哪个位置了
{
    printk(KERN_INFO "seq start\n");
    if (*pos >= strlen(str)) // pos 指当前读到或写到哪个位置，索引
        return NULL;
    return &str[*pos]; // 拿出字符串中字符，将地址返回，这返回值将来作为下面其他函数的 v 传入
}
void hp_seq_stop(struct seq_file *m, void *v) {
    printk(KERN_INFO "seq stop\n"); // 清除 start 函数一些工作，start 里开辟一些空间或申请一些锁，这里清除
}
void* hp_seq_next(struct seq_file *m, void *v, loff_t *pos) // 改变索引值
{
    printk(KERN_INFO "seq next\n");
    (*pos)++;
    if (*pos >= strlen(str)) return NULL;
    return &str[*pos];
}
int hp_seq_show(struct seq_file *m, void *v) {
    printk(KERN_INFO "seq show\n");
    seq_putc(m, *(char*)v); // 将获得到的字符一个一个打印出
    return 0;
}
const struct seq_operations seq_ops = {
    .start = hp_seq_start,
    .stop = hp_seq_stop,
    .next = hp_seq_next,
    .show = hp_seq_show,
};
#endif
static int __init hello_init(void) {
    printk(KERN_INFO "HELLO LINUX MODULE\n");
#ifdef PROC_DEBUG
    proc_create("hello_proc", 0, NULL, &hp_ops); // 第一个参数即显示在 pro 目录下文件名称，第二个参数默认 0 只读权限。第三个参数父节点，null 默认 pro 目录。最后一个参数是操作的结构体地址
    proc_create_seq("hello_seq_proc", 0, NULL, &seq_ops); // 就可在 pro 目录下创建对应节点
#endif
    return 0;
}
static void __exit hello_exit(void) {
#ifdef PROC_DEBUG
    remove_proc_entry("hello_proc", NULL); // 第二个参数是父节点
    remove_proc_entry("hello_seq_proc", NULL);
#endif
    printk(KERN_INFO "GOODBYE LINUX\n");
}
module_init(hello_init);
module_exit(hello_exit);

show next 调用了 11 次，最后一次返回 null 会调用 stop。cat 又会再调用一次，调 start 后直接返回 null 到 stop。

3. 调用堆栈内核函数

WARN_ON(condition) 函数实际也是调用 dump_stack，如 WARN_ON(1) 条件判断成功，类似 BUG_ON(1)。

4. Printk

cat /proc/cmdline 查看 console=ttyS0，如下图左边分支是远程登录，缺点是 log_buf 是环形 buff（会循环覆盖，日志不全）。左右分支都有 dmesg，左分支 dmesg 不受下面 x 控制，所以 dmesg 是最全的。

// Linux 内核为 printk 定义了 8 个打印等级，KERN_EMERG 等级最高，KERN_DEBUG 等级最低。在内核配置时，有一个宏来设定系统默认的打印等级 CONFIG_MESSAGE_LOGLEVEL_DEFAULT，通常该值设置为 4，那么只有打印等级高于 4 时才会打印到终端或者串口。
// kern_levels.h
#define KERN_EMERG KERN_SOH "0" /* system is unusable 紧急事件，一般是系统崩溃之前的提示消息 */
#define KERN_ALERT KERN_SOH "1" /* action must be taken immediately 必须立即采取行动 */
#define KERN_CRIT  KERN_SOH "2" /* critical conditions 临界状态，通常涉及严重的硬件或者软件操作失败 */
#define KERN_ERR   KERN_SOH "3" /* error conditions 报告错误状态，经常用来报告硬件错误 */
#define KERN_WARNING KERN_SOH "4" /* warning conditions 对可能出现问题的情况进行警告，通常不会对系统造成严重问题 */
#define KERN_NOTICE KERN_SOH "5" /* normal but significant condition 有必要的提示，通常用于安全相关的状况汇报 */
#define KERN_INFO  KERN_SOH "6" /* informational 提示信息，驱动程序常用来打印硬件信息 */
#define KERN_DEBUG KERN_SOH "7" /* debug-level messages 用于调试信息 */
// printk("[me]%s[%d].\n", __func__, __LINE__);
// printk 调用 printk_safe_enter_irqsave --> local_irq_save【把当前的中断状态（开或关）保存到 flags 中，然后禁用当前处理器上的中断】，所以：板卡 --> 没有办法跟外界通信（I2C、UART、SPI 都用到中断）

5. 动态打印

printk 是全局的且只能设打印等级，动态打印可控制选择模块的打印，在内核配置打开 CONFIG_DYNAMIC_DEBUG： printk 会关中断影响性能，如果在 usb 的 read/write 里 printk，那么 usb 就没法直接用了。所以用动态打印，调试时才打开，control 节点默认不输出，如下操作才输出，+p 是将动态打印语句【pr_debug/dev_dbg()】转为 printk 语句 (相当于下面的 define dev_dbg …)。

6. Trace

ltrace，strace 参考 notes8 epoll，这俩底层实现是 ptrace（如下）。

6.1 Tracefs

7. 性能工具

7.1 磁盘 io: iostat

7.2 内核热点函数：perf

7.3 网络

ifconfig 和 ip 分别属于 net-tools 和 iproute2： 上面是统计信息，下面是网络吞吐：

7.4 找到 cpu 瓶颈

7.5 Valgrind 内存泄漏排查

7.6 主频设置

可 echo 上面支持的策略 > scaling_governor。

7.7 驱动稳定性

access_ok：判断 arg 地址的数据长度是不是和 len 一样大： likely 一般用在 if 判断里，cpu 会把当前指令后面指令预取出来，等到执行时就去执行，效率提高，但是也要判断后面那条指令大概率执不执行，执行的话取出来，不执行则跳过。

7.8 平均负载

8. Debugfs

debugfs.h 中 api 建立目录/sys/kernel/debug

内核开发会遇到内核崩溃，如空指针异常，内存访问越界，如下会打印出异常调用栈信息定位。