Linux内核之调试、移植、编码

调试知识

1、通过内核格式化打印函数printk()

• 该函数健壮性比较强，几乎可以随时随地调用它，只有在系统启动过程中，终端还没有初始化之前，在某些地方不能使用
• 如果要调试启动过程中最开始的那些步骤，有些时候可以依靠能够工作的硬件设备与外界通信
• printk()函数可以指定日志级别，内核把级别比某个特定值低的所有消息显示在终端上，默认等级是 KERN_WARNING

记录等级	描述
KERN_EMERG	紧急情况
KERN_ALERT	警惕性错误
KERN_CRIT	临界情况
KERN_ERR	错误
KERN_WARNING	警告
KERN_NOTICE	通知信息
KERN_INFO	常规信息
KERN_DEBUG	调试信息

• 终端记录等级console——loglevel也可以控制打印输出，默认是DEFAULT_MESSAGE_LOGLEVEL
• 内核消息都被保存在一个LOG_BUF_LEN大小的环形队列中，可以通过设置CONFIG_LOG_BUF_SHIFT进行调整，如果消息队列满，新消息将覆盖队列中的老消息
• 用户空间的守护进程klogd（会阻塞，直到有新的内核消息可供读出）从记录缓冲区中（/proc/kmsg文件中或通过syslog()系统调用）获取内核消息，再通过syslogd守护进程将它们保存在系统日志文件（默认/var/log/messages）中,可以通过/etc/syslog.conf配置文件重新指定输出文件

2、内核发布oops

• 向终端输出错误消息，输出寄存器中保存的信息并输出可供跟踪的回溯线索
• ksymoops命令可以对oops进行解码，编程我们易懂的信息
• 2.5内核引入kallsyms特性，通过定义CONFIG_KAIISYMS配置选项启用（内核变大一些），内核可以打印解码好的跟踪线索

3、内核调试配置选项

• 在编译的时候，为了方便调试和测试内核代码，内核提供了许多配置选项：slab层调试选项、高端内存调试选项、I/O映射调试选项、自旋锁调试选项、栈溢出检查选项等

4、引发BUG并打印信息

• 提供断言并输出信息，常用的有BUG()和BUG_ON()
• BUILD_BUG_ON()仅在编译时使用
• panic()引发更严重的错误，打印错误消息，挂起整个系统
• 打印一下栈的回溯信息来帮忙调试，可以使用dump_stack()

5、SysRq(系统请求)键

• 通过定义CONFIG_MAGIC_SYSRQ配置选项启用
• 该键是调试和挽救垂危系统所必需的一种工具，该功能对终端上任何用户都提供服务，要慎重使用

6、gdb

• gdb vmlinux /proc/kcore //vmlinux 未压缩内核映像
• 使用-g参数在编译时提供调试信息
• kgdb补丁，支持远端主机上通过串口利用gdb的所有功能对内核进行调试

7、使用探测系统的小技巧调试

• 利用选择条件实现执行不同分支或算法
• 使用全局变量作为条件选择开关
• 使用统计量
• 重复频率限制控制输出，控制打印间隔，控制打印次数等

8、二分搜索比较获取BUG变更分支

9、社区求助：Linux内核邮件列表（LKML）

可移植操作系统知识

1、字长和数据类型

• 能够由机器一次完成处理的数据称为字，处理器通用寄存器（GPR）的大小和它的字长是相同的，c语言定义的long类型总是对等于机器的字长
• 一般有如下准则：char类型长度是1字节 int类型长度是32位，short类型是16位，指针不应假定为long的长度，sizeof(int)不应假设等于sizeof(long)
• 不透明类型：不要假设该类型的长度，该类型的大小可能被任意修改；不要将该类型转化回其对应的C标准类型使用；编程时要保证该类型的实际存储空间或格式变化时代码不受影响
• 指定数据类型：注意对应的类型后再使用
• 长度明确的类型：对标准的C类型进行映射得到
• char类型的符号问题：char某些体系结构上是默认带符号，有些事默认不带符号，如果能明确使用哪个，直接声明好

2、数据对齐

• 如果一个变量的内存地址正好是它长度的整数倍，那么是自然对齐。编写高可移植性代码要避免对齐问题，保证所有的类型都能够自然对齐
• 一个数据类型长度较小，本来是对齐的，如果你用一个指针进行类型转换，转换后的类型长度较大，那么通过改指针进行数据访问时就可能会引发对齐问题
• 非标准类型C数据类型对齐：对于数组，只要按照基本数据类型进行对齐即可；对于联合体，只要它包含的长度最大的数据类型对齐即可；对于结构体，只要结构体中每个元素能够正确对齐即可
• 结构体填补：为了保证结构体中每一个成员都能够自然对齐，结构体要被填补，不同体系结构之间所需的填补也不尽相同（结构体重新排序有时可以避免填补，但是某些有固定次序要求的会有问题）

3、字节顺序

• 字节顺序是指一个字中各个字节的顺序，处理器对字取值时既可能将最低有效位所在的字节当做第一个字节，也可能将其当做最后一个字节，这就是大端小端问题。
• Linux支持每一种体系结构，定义了一组宏命令用于字节顺序之间的转换

4、时间

时间测量是一个内核概念，绝对不要假定时钟中断发生的频率，应该使用HZ（每秒产生的jiffies数目）来正确计量时间

5、页长度

绝对不能假设页长度，当处理用页组织管理的内存时，通过PAGE_SIZE以字节数来表示页长度

6、处理器排序

有些处理器严格限制指令排序，有些体系结构对排序要求很弱（可以用内存屏障来保证一定的指定执行顺序）

7、SMP、内核抢占、高端内存

• 假设代码在SMP系统上运行，要正确选择和使用锁
• 假设代码在支持内核抢占情况下运行，要正确选择和使用锁和内核抢占语句
• 假设代码运行在使用高端内存（非永久映射内存）的系统上，必要时使用kmap()

Linux编码风格

1、缩进

• 缩进风格是用制表位每次缩进8个字符长度
• switch语句下的case标记应该缩进到和switch声明对齐
• 空格放在关键字周围，函数名和圆括号之间无空格；函数、宏以及与函数相像的关键字在关键字和圆括号之间没有空格；对于大多数二元或者三元操作符，在操作符的两边加上空格，对于大多数一元操作符，在操作符和操作数之间不加空格
• 花括号的左括号紧跟在语句的最后，与语句在相同的一行，而右括号要新起一行，作为该行的第一个字符，函数不采用这样的书写方式，重起一行；不需要一定使用括号的语句可以忽略
• 每行代码的长度不超过80个字符

2、 命名规范

• 名称中不容许使用混合的大小写字符
• 局部变量能清楚表明它的用途即可，不接受冗长繁复的名字，在变量名称中加入变量的类型是不必要的
• 全局变量和函数应该选择包含描述性内容的名称，并且使用小写字母，必要时加上下划线区分单词

3、函数

• 函数代码长度不应该超过两屏，局部变量不应超过10个
• 一个函数应该功能单一并且实现精准，担心函数调用开销，可以使用inline关键字

4、注释

-c风格注释 代码注释一般描述代码要做什么和为什么要做即可

/*
*
*/
           

5、typedef

尽量少用typedef，除非有必要，比如隐藏变量与体系结构相关的实现细节，某种类型将来有可能发生变化等

6、多使用内核本身提供的一些通用函数，尽量少自己重复实现，减少一些问题比如移植性问题等

7、要在合适的地方使用ifdef预处理指令

8、结构初始化

结构初始化的时候必须在它的成员前加上结构标识符

9、代码格式化

使用一些工具按照内核编码风格对代码进行格式化