39 printf 的输出到设备层的调试

news2025/2/10 7:53:53

前言

在前面 printf 的调试我们只是调试到了 glibc 调用系统调用, 封装了参数 stdout, 带输出的字符缓冲, 以及待输出字符长度

然后内核这边只是到了 write 的系统调用, 并未向下细看

我们这里稍微向下细追一下, 看看到达设备层面这里是怎么具体的 impl 的

测试用例

测试用例如下, 这里仅仅是一个简单的输出

(initramfs) cat Test01Sum.c 

#include "stdio.h"

int main(int argc, char** argv) {

int x = 2;
int y = 3;
int z = x + y;

printf(" x + y = %d\n ", z);

}

tty 输出的调试

接着 printf 的调试的 vfs_write 的这里, 看一下上下文, 待输出的字符串为 " x + y = 5\n"

然后输出的 stdout 文件的 inode_no 为 7407

inode 7407 在这里对应的设备为

 (initramfs) ls -ail /dev | grep console
   7407 crw-------    1    5,   1 console

设备 /dev/console

该字符设备初始化是在 tty_init 的时候进行初始化的

主设备号位 TTYAUX_MAJOR 为 5, 此设备号位 1, 相关操作 ops 为 console_fops

vfs 层面 write 操作映射到下层是 console_fops.redirected_tty_write

console_fops.redirected_tty_write

关于 tty->tty_ldisc->ops

这层抽象的设计, 等以后有所收获之后再回来补充

文件关联的 tty 是来自于 file->private_data

这一层也有一层抽象, tty->tty_ldisc, 这里对应的是 n_tty_ops

process_output_block 根据换行回车, 制表符分割输出数据到 tty

ntty_ops 输出是根据 tty->ops 来写出数据

关于 tty->ops

这层抽象的设计, 等以后有所收获之后再回来补充

拷贝待输出数据到输出缓冲区, 然后刷出缓冲区

此时暂时无输出

执行了 __uart_start 之后的某个时间点将待输出数据, 输出

此时输出情况如下

接下来是输出 " x + y = 5" 之后的这个换行回车

此时输出情况如下

ntty 的初始化

ntty 是默认的 tty, 然后 start_kernel 的时候初始化 console 的时候, 首先注册了默认的 ntty 的相关 ops

tty 的初始化

kernel_init 的时候 serial8250_init 的时候注册了 ttyS 的驱动相关

kernel_init 的时候, 会尝试 open "/dev/console", 这里会触发对应的 tty, 以及相关初始化

如下为分配了 "/dev/console" 对应的 tty 的空间, 然后初始化 ldisc 为 n_tty_ops

上面初始化 ntty 将 ntty 注册到了 tty_ldiscs_lock

初始化 tty->ops 为 driver->ops, 上面的 uart_register_driver 中初始化 driver 的 ops 为 uart_ops

uart_ops 的定义如下

从 xmit 的 buf 输出到 8250串口

这里是接着上面的 __uart_start 之后产生了中断

然后这里具体的讲 xmit->buf 的数据输出到 8250串口

之所以叫串口就是因为它是按照单字节传输的, 这里循环待处理的字符输出到 8250串口

将所有输出输出完成之后会走 uart_circ_empty(xmit) 的判断, 进而 break 跳出循环

比如这里执行到第五次循环, 剩余待输出字符为 5 个, "y = 5"

控制台输出如下

假设我们键盘录入 'a', 通过 8250 串口输出 'a' 到控制台

向 8250 串口依次输出的是

7 5 7 97 5 7 5

第一对 "7 5" 是 n_tty 缓冲区接收到 'a' 的输入之后

有一个 tty->ops->flush_chars, 因为缓冲区没有数据, 因此直接是一个开始字节, 一个结束字节

第一对中的 "5" 主要是 xmit->buf 中暂时没有待输出的字节序列, 因此直接传输了一个结束标记

开始字节中的 7, 主要是在 up->iter 中打上了 UART_IER_THRI 的标记, 由 0x101 变成了 0x111

结束字节中的 5, 主要是在 up->iter 中打上了 UART_IER_THRI 的标记, 由 0x111 变成了 0x101

开始, 结束的控制字符意义如下

7 表示 UART_IER_RDI + UART_IER_THRI + UART_IER_RLSI

5 表示 UART_IER_RDI + UART_IER_RLSI

#define UART_IER_MSI		0x08 /* Enable Modem status interrupt */
#define UART_IER_RLSI		0x04 /* Enable receiver line status interrupt */
#define UART_IER_THRI		0x02 /* Enable Transmitter holding register int. */
#define UART_IER_RDI		0x01 /* Enable receiver data interrupt */

第二对 "7 97 5" 主要是来自于输出了 'a' 到 "/dev/console"

开始标记, 输出第一个字节 "7"