Linux：/proc/kmsg 与 /proc/sys/kernel/printk_xxx

前言

  本篇文章将为大家介绍与 Linux 内核日志相关的一些控制文件，共同学习！

一、/proc/kmsg

1、简介

  /proc/kmsg 是一个特殊的文件，它提供了内核消息缓冲区的访问，这个缓冲区包含了内核产生的所有消息，包括各种调试和错误信息，如内核的启动打印。/proc/kmsg 文件通常只能被 root 用户或具有相应权限的用户读取。这个文件通常被用于调试和故障排除，因为它可以提供关于内核发生事件的详细信息。

  注意：这是一个缓冲区，所以其内的数据是会被刷新覆盖的！！！

  一般情况下，你可以使用以下方式来使用 /proc/kmsg 文件：

1、读取内核消息：你可以使用命令行工具如 `cat` 或 `dmesg` 来查看和读取`/proc/kmsg`文件
中的内核消息。例如，使用以下命令可以显示最近的内核消息：
   cat /proc/kmsg
这样做可以帮助你查看内核启动时的各种信息、硬件错误、系统调试等。

需要注意的是，`/proc/kmsg` 文件一般只能被 root 用户或具有相应权限的用户访问，因此在使用
时请确保你有足够的权限。此外，了解内核消息的解释和上下文对正确理解和利用 `/proc/kmsg` 中
的信息非常重要。

2、如何修改内核日志缓冲区

  有时候我们发现，dmesg看到的日志信息缺少了很多，或者存储的很少，这个是因为内核日志缓冲区设置的较小，无法存储更多的内容，可以适当调整该缓冲区的大小。

  建议不要调整的过大，正常的产品使用128KB即可，若是自己调试排查问题可以设置的大一点，比如2MB，根据自己的物理内存资源合理设置。

3、dmesg

  /proc/kmsg 文件和 dmesg 命令之间有着紧密的关系。

  /proc/kmsg 文件提供了对内核消息缓冲区的直接访问，通过读取该文件可以查看最近的内核消息。dmesg 命令是一个通用命令行工具，主要用于显示和控制内核环缓冲区。使用 dmesg 命令可以更方便地查看内核日志消息，包括从开机到当前时间内的所有内核日志消息。

  实际上，dmesg 命令背后的实现原理也是通过读取 /proc/kmsg 文件来获取内核消息的。当我们在终端中执行 dmesg 命令时，它会读取 /proc/kmsg 文件的内容并将其显示在终端上。

  因此，可以说 /proc/kmsg 文件是 dmesg 命令的底层实现之一。在使用 dmesg 命令的时候，实际上是在调用 /proc/kmsg 文件提供的接口来获取内核日志。

以下文件来自busybox源码：busybox\util-linux\dmesg.c

/* vi: set sw=4 ts=4: */
/*
 *
 * dmesg - display/control kernel ring buffer.
 *
 * Copyright 2006 Rob Landley 
 * Copyright 2006 Bernhard Reutner-Fischer 
 *
 * Licensed under GPLv2, see file LICENSE in this source tree.
 */
//config:config DMESG
//config:	bool "dmesg (3.7 kb)"
//config:	default y
//config:	select PLATFORM_LINUX
//config:	help
//config:	dmesg is used to examine or control the kernel ring buffer. When the
//config:	Linux kernel prints messages to the system log, they are stored in
//config:	the kernel ring buffer. You can use dmesg to print the kernel's ring
//config:	buffer, clear the kernel ring buffer, change the size of the kernel
//config:	ring buffer, and change the priority level at which kernel messages
//config:	are also logged to the system console. Enable this option if you
//config:	wish to enable the 'dmesg' utility.
//config:
//config:config FEATURE_DMESG_PRETTY
//config:	bool "Pretty output"
//config:	default y
//config:	depends on DMESG
//config:	help
//config:	If you wish to scrub the syslog level from the output, say 'Y' here.
//config:	The syslog level is a string prefixed to every line with the form
//config:	"<#>".
//config:
//config:	With this option you will see:
//config:		# dmesg
//config:		Linux version 2.6.17.4 .....
//config:		BIOS-provided physical RAM map:
//config:		 BIOS-e820: 0000000000000000 - 000000000009f000 (usable)
//config:
//config:	Without this option you will see:
//config:		# dmesg
//config:		<5>Linux version 2.6.17.4 .....
//config:		<6>BIOS-provided physical RAM map:
//config:		<6> BIOS-e820: 0000000000000000 - 000000000009f000 (usable)

//applet:IF_DMESG(APPLET(dmesg, BB_DIR_BIN, BB_SUID_DROP))

//kbuild:lib-$(CONFIG_DMESG) += dmesg.o

//usage:#define dmesg_trivial_usage
//usage:       "[-c] [-n LEVEL] [-s SIZE]"
//usage:#define dmesg_full_usage "\n\n"
//usage:       "Print or control the kernel ring buffer\n"
//usage:     "\n	-c		Clear ring buffer after printing"
//usage:     "\n	-n LEVEL	Set console logging level"
//usage:     "\n	-s SIZE		Buffer size"
//usage:     "\n	-r		Print raw message buffer"

#include 
#include "libbb.h"

int dmesg_main(int argc, char **argv) MAIN_EXTERNALLY_VISIBLE;
int dmesg_main(int argc UNUSED_PARAM, char **argv)
{
	int len, level;
	char *buf;
	unsigned opts;
	enum {
		OPT_c = 1 << 0,
		OPT_s = 1 << 1,
		OPT_n = 1 << 2,
		OPT_r = 1 << 3
	};

	opts = getopt32(argv, "cs:+n:+r", &len, &level);
	if (opts & OPT_n) {
		if (klogctl(8, NULL, (long) level))
			bb_simple_perror_msg_and_die("klogctl");
		return EXIT_SUCCESS;
	}

	if (!(opts & OPT_s))
		len = klogctl(10, NULL, 0); /* read ring buffer size */
	if (len < 16*1024)
		len = 16*1024;
	if (len > 16*1024*1024)
		len = 16*1024*1024;

	buf = xmalloc(len);
	len = klogctl(3 + (opts & OPT_c), buf, len); /* read ring buffer */
	if (len < 0)
		bb_simple_perror_msg_and_die("klogctl");
	if (len == 0)
		return EXIT_SUCCESS;


	if (ENABLE_FEATURE_DMESG_PRETTY && !(opts & OPT_r)) {
		int last = '\n';
		int in = 0;

		/* Skip <[0-9]+> at the start of lines */
		while (1) {
			if (last == '\n' && buf[in] == '<') {
				while (buf[in++] != '>' && in < len)
					;
			} else {
				last = buf[in++];
				putchar(last);
			}
			if (in >= len)
				break;
		}
		/* Make sure we end with a newline */
		if (last != '\n')
			bb_putchar('\n');
	} else {
		full_write(STDOUT_FILENO, buf, len);
		if (buf[len-1] != '\n')
			bb_putchar('\n');
	}

	if (ENABLE_FEATURE_CLEAN_UP) free(buf);

	return EXIT_SUCCESS;
}

#define EXTERNALLY_VISIBLE __attribute__(( visibility("default") ))
#define MAIN_EXTERNALLY_VISIBLE EXTERNALLY_VISIBLE

`EXTERNALLY_VISIBLE` 是一个宏定义，用于通过 `__attribute__((visibility("default")))`
属性将声明的符号设置为外部可见。

`__attribute__((visibility("default")))` 是 GNU C 编译器的语法扩展，可以用于指定符号
的可见性。可见性标记是用于控制符号在链接阶段的可见性，即决定符号是否能够被其他目标文件或
动态链接库访问。

通常情况下，默认可见性会被应用于所有的符号。然而，如果我们想将符号标记为外部可见（即在其他
目标文件或动态链接库中可用），就需要使用 `__attribute__((visibility("default")))` 属性
来指定这一可见性。

在这个宏定义中，`EXTERNALLY_VISIBLE` 用于将一个声明设置为外部可见，这意味着其他源文件或
程序可以访问该声明。这样做的一个常见原因是要提供一个公共的接口，使得其他模块或库可以使用它
。在使用这个宏定义时，通常会将它与函数、变量或类型声明一起使用，如下所示：

EXTERNALLY_VISIBLE int my_function();
EXTERNALLY_VISIBLE extern int my_variable;


这样一来，通过 `EXTERNALLY_VISIBLE` 宏定义，这些声明就会被设置为外部可见，可以在其他源文
件或程序中使用和访问。

对于符号的可见性，有几个不同的级别，其中包括 default（默认），hidden（隐藏），protected
（受保护）和 internal（内部）等。

default（默认）可见性是指符号在链接过程中会被默认导出，可以被其他目标文件或动态链接库访问
。这是最常见的可见性级别。

hidden（隐藏）可见性是指符号在链接过程中不会被导出，只能在定义它的目标文件内部使用。其他
目标文件或动态链接库无法直接访问该符号。

protected（受保护）可见性介于 default 和 hidden 之间，在某些情况下限制了符号的可见性，
但又允许共享库之间的访问。

internal（内部）可见性是 GNU C 扩展中的一个特殊级别，用于指定符号只能在同一编译单元内
可见。这意味着该符号只能在定义它的源文件内部使用。

klogctl 函数（来源于 man 手册）

klogctl 函数用于控制内核消息日志，头文件为 #include 。它有以下原型：

int syslog(int type, char *bufp, int len);/* No wrapper provided in glibc */
int klogctl(int type, char *buf, int len);

• type：指定要执行的操作类型。它可以是以下值之一：

类型参数确定此函数所执行的操作。下面的列表指定了类型的值。符号名称在内核源代码中定义，但不
导出到用户空间；您要么使用数字，或者自己实现宏定义。

SYSLOG_ACTION_CLOSE (0)
	Close the log.  Currently a NOP.

SYSLOG_ACTION_OPEN (1)
	Open the log.  Currently a NOP.

SYSLOG_ACTION_READ (2)
	从日志中读取。该调用等待，直到内核日志缓冲区为非空，然后将最多len字节读取到bufp指向的
缓冲区中。该调用返回读取的字节数。从日志中读取的字节从日志缓冲区中消失：信息只能读取一次。
这是当用户程序读取/proc/kmsg时内核执行的函数。
	
SYSLOG_ACTION_READ_ALL (3)
	读取环形缓冲区中剩余的所有消息，将它们放在bufp指向的缓冲区中。该调用从日志缓冲区读取
最后一个len字节（非破坏性），但读取的字节数不会超过自上次“清除环形缓冲区”命令以来写入缓冲
区的字节数（请参阅下面的命令5）。该调用返回读取的字节数
		
SYSLOG_ACTION_READ_CLEAR (4)
	读取并清除环形缓冲区中剩余的所有消息。该调用与类型为3的调用完全相同，但也执行“清除环
形缓冲区”命令。

SYSLOG_ACTION_CLEAR (5)
	该调用仅执行“清除环形缓冲区”命令。bufp和len参数将被忽略。此命令并不能真正清除环形
缓冲区。相反，它设置了一个内核记账变量，用于确定命令3（SYSLOG_ACTION_READ_ALL）和 4
（SYSLOG_ACTION_READ _CLEAR）返回的结果。此命令对命令2（SYSLOG_ACTION_READ）和 9
（SYSLOG_ACTION_SIZE_UNREAD）没有影响。

SYSLOG_ACTION_CONSOLE_OFF (6)
	该命令保存console_loglevel的当前值，然后将console_log级别设置为
minimum_console_lowlevel，这样就不会向控制台打印任何消息。在Linux 2.6.32之前，该命令
只需将console_loglevel设置为minimum_console_longlevel。请参阅下面
对/proc/sys/kernel/printk的讨论。bufp和len参数将被忽略。

SYSLOG_ACTION_CONSOLE_ON (7)
	如果执行了以前的SYSLOG_ACTION_CONSOLE_OFF命令，则此命令会将CONSOLE_loglevel恢复
为该命令保存的值。在Linux 2.6.32之前，此命令只需将console_loglevel设置为
default_console_loglevel。请参阅下面对/proc/sys/kernel/printk的讨论。bufp和len参数
将被忽略。

SYSLOG_ACTION_CONSOLE_LEVEL (8)
	该调用将console_loglevel设置为len中给定的值，该值必须是介于1和8之间（包括1和8）的
整数。内核静默地强制len的最小值minimum_console_loglevel。有关详细信息，请参阅日志级别
部分。bufp参数被忽略。

SYSLOG_ACTION_SIZE_UNREAD (9) (since Linux 2.4.10)
	该调用返回当前可通过命令2（SYSLOG_ACTION_READ）从内核日志缓冲区读取的字节数。bufp
和len参数将被忽略。

SYSLOG_ACTION_SIZE_BUFFER (10) (since Linux 2.6.6)
	此命令返回内核日志缓冲区的总大小。bufp和len参数将被忽略。

	除3和10之外的所有命令都需要特权。在2.6.37之前的Linux内核中，命令类型3和10被允许用于
非特权进程；自Linux以来2.6.37，只有当/proc/sys/kernel/dmesg_restrict的值为0时，才允许
无特权进程使用这些命令。在Linux 2.6.37之前，“特权”意味着呼叫者具有CAP_SYS_ADMIN能力。
从Linux 2.6.37开始，“privileged”表示调用者具有CAP_SYS_ADMIN功能（现在已弃用）或（新的）
CAP_SYSLOG功能。

• buf：用于读取或写入内核日志的缓冲区。
• len：长度。

  klogctl 函数允许您控制内核消息日志的操作，例如打开或关闭日志记录，读取最近的日志消息或将消息写入日志中。您可以使用相关的 type 值执行不同的操作，并通过 buf 参数进行数据的读取或写入。需要注意的是，klogctl 函数仅在 Linux 系统中可用，且需要以管理员权限运行。

  /proc/sys/kernel/printk：

	/proc/sys/kernel/printk是一个可写文件，包含四个整数值，这些整数值在打印或记录错误
消息时会影响内核printk（）的行为。这四个值是：

console_loglevel
	只有日志级别低于此值的消息才会打印到控制台。该字段的默认值为default_CONSOLE_LOGLEVEL
（7），但如果内核命令行包含单词“quiet”，则将其设置为4；如果内核命令行将包含单词“debug”，
则设置为10；如果出现内核故障，则设置至15（10和15只是愚蠢的，相当于8）。console_loglevel
的值可以通过类型为8的syslog（）调用设置（设置为1–8范围内的值）。

default_message_loglevel
	此值将用作没有显式级别的printk（）消息的日志级别。在Linux 2.6.38之前（包括该版本），
该字段的硬编码默认值为4（KERN_WARNING）；自Linux 2.6.39以来，默认值是由内核配置选项
CON-FIG_default_MESSAGE_LOGLEVEL定义的，默认值为4。

minimum_console_loglevel
	此字段中的值是可以设置console_loglevel的最小值。

default_console_loglevel
	这是console_loglevel的默认值。

内核日志的打印级别：
       Kernel constant   Level value   Meaning
       KERN_EMERG             0        System is unusable
       KERN_ALERT             1        Action must be taken immediately
       KERN_CRIT              2        Critical conditions，关键/临界条件
       KERN_ERR               3        Error conditions
       KERN_WARNING           4        Warning conditions
       KERN_NOTICE            5        Normal but significant condition
       KERN_INFO              6        Informational
       KERN_DEBUG             7        Debug-level messages

返回值
	对于调用为2、3或4的类型，成功调用syslog（）将返回读取的字节数。对于类型9，syslog()
返回当前可在内核日志缓冲区上读取的字节数。对于类型10，syslog（）返回内核日志缓冲区的总大
小。对于其他类型的值，成功时返回0。
	如果出现错误，则返回-1，并设置errno以指示错误。

错误码
	EINVAL：错误的参数（例如，错误的类型；或对于类型2、3或4，buf为NULL，或len小于零；
或者对于类型8，级别在1到8).

	ENOSYS：此syslog（）系统调用不可用，因为编译内核时禁用了CONFIG_PRINTK内核配置选项。

	EPERM：没有足够权限的进程试图更改console_loglevel或清除内核消息环形缓冲区（更准确地
说：没有CAP_SYS_ADMIN或CAP_SYSLOG能力）。

	ERESTARTSYS：系统调用被信号中断；什么也没读。（这只能在跟踪过程中看到）

4、扩展阅读

  linux日志：syslogd和klogd及syslog

二、 /proc/sys/kernel/printk_xxx

  这些是 Linux 内核的一些控制文件，用于配置内核日志和打印设置。下面是对这些文件的详细解释：

1. /proc/sys/kernel/printk

   • 该文件用于控制内核日志的打印级别。它包含四个整数值（以空格分隔），分别表示控制台日志级别、默认控制台日志级别、启动日志级别和当前日志级别。

2. /proc/sys/kernel/printk_devkmsg

   • 如果该文件的值为非零，则内核日志将通过/dev/kmsg设备输出。如果为零，则内核日志将不会输出到该设备。默认情况下，它的值为非零。

3. /proc/sys/kernel/printk_delay

   • 该文件用于设置内核日志的打印延迟时间（以毫秒为单位）。这个延迟时间用于合并相邻的日志消息，以减少日志输出的开销。

4. /proc/sys/kernel/printk_ratelimit

   • 该文件用于设置内核日志输出的限速，即每秒打印的消息数量限制。默认情况下，它的值为 5。

5. /proc/sys/kernel/printk_ratelimit_burst

   • 该文件用于设置内核日志限速突发打印的数量。当达到限速后，内核可以突发打印多少条日志消息。默认情况下，它的值等于 10 * printk_ratelimit。

  这些文件的值可以通过读取和写入这些文件来进行配置。例如，要更改内核日志的打印级别，可以使用以下命令：

echo "   " > /proc/sys/kernel/printk

  其中，每个代表一个整数，表示对应的日志级别。需要注意的是，对这些控制文件的更改只对当前会话有效，重新启动系统后会恢复为默认值。如果您希望在系统启动时保持更改的值，可以在启动脚本中设置这些文件的值。

三、/dev/kmsg

  /dev/kmsg 是 Linux 操作系统中的一个特殊设备文件，用于读取内核日志。它在内核中用于与用户空间的程序进行通信，并提供了对内核消息缓冲区的访问。

  通过读取 /dev/kmsg，您可以获取内核在运行时生成的各种日志消息，包括内核启动消息、驱动程序消息、错误消息等。这对于诊断系统问题、调试内核模块或了解系统运行状况非常有用。

  为了访问 /dev/kmsg，您可以使用标准的读取文件的方法，例如使用 open 函数打开设备文件，然后使用 read 函数读取其中的数据。示例代码如下：

#include 
#include 
#include 

#define BUF_SIZE 1024

int main()
{
    int fd = open("/dev/kmsg", O_RDONLY);
    if (fd == -1)
    {
        perror("Failed to open /dev/kmsg");
        return 1;
    }

    char buffer[BUF_SIZE];
    ssize_t bytesRead;

    while ((bytesRead = read(fd, buffer, BUF_SIZE - 1)) > 0)
    {
        buffer[bytesRead] = '\0';
        printf("%s", buffer);
    }

    close(fd);

    return 0;
}

  上述代码将打开 /dev/kmsg，然后使用一个循环不断读取内核日志信息，将其打印到标准输出上直至读取完毕。请注意，读取 /dev/kmsg 通常需要 root 权限或者使用 sudo 运行程序。

  需要注意的是，读取 /dev/kmsg 的方式是阻塞的，也就是说，如果没有新的消息，读取操作将会一直阻塞，直到有新的消息到达。因此，该方式通常用于长期运行或守护进程，以便可以实时监控内核日志。

  summary：/proc/kmsg 是一个虚拟文件，/dev/kmsg 是一个设备文件，也用于读取内核日志消息。/proc 下的虚拟文件主要用于提供内核状态和动态信息，而 /dev 下的设备文件主要用于与硬件设备进行交互。

  欢迎大家指导和交流！如果我有任何错误或遗漏，请立即指正，我愿意学习改进。期待与大家一起进步！