环形缓冲归一 + 内核日志补记忆

环形缓冲:两套手写,先合成一套

先看环形缓冲。在 036 之前,kernel/ 里有两套手写的环形缓冲,而且策略还不一样:

在哪	容量	怎么判满
pipe	4096	用一个 count_ 记元素数(不牺牲槽位)
键盘驱动	64(实占 63)	牺牲一个槽位(head_==tail_ 是空、next==head 是满)

两套都能跑,但维护两份逻辑、还两种约定,谁改谁头疼。而 Cinux-Base 里正好有个 cinux::lib::RingBuffer<T,N>——它用的就是 count_ 策略,和 pipe 那套一模一样。所以收编很干净:两处都换成它,只把存储层交出去,外层语义原样保留。

// kernel/ipc/pipe.hpp
cinux::lib::RingBuffer<char, PIPE_BUFFER_SIZE> buf_;       // pipe:两段回绕拷贝 → push_batch/pop_batch
// kernel/drivers/keyboard/keyboard.hpp
static cinux::lib::RingBuffer<KeyEvent, KEY_QUEUE_SIZE> buf_;  // 键盘:牺牲槽位 → push/pop

两处的改动要点,都遵循"换存储、不动外层":

• pipe:原来那一整套 buffer_/head_/tail_/count_ 加两段回绕拷贝,换成 RingBuffer 的 push_batch/pop_batch。外层的锁、阻塞、EOF 语义一律不动。光这一处就少了一百多行(就是那段回绕拷贝的代码量)。
• 键盘:queue_/head_/tail_(牺牲槽位)换成 push/pop。原来"满了丢最新的",正好用 push 返 false 实现;中断保护保留。公共接口签名不变,所以 sys_read、GUI 这些调用方一个字都不用改。

有个小细节值得留意:键盘队列容量从 63 变成了 64。原来牺牲一个槽位,实际只装 63;换成 count_ 策略不牺牲,容量就是字面的 64。更贴合 KEY_QUEUE_SIZE 这个名字,而且没有测试依赖精确容量,所以这个变化是安全的。

这里有个故意不做的事:没有把 RingBuffer 包一层"多生产者单消费者(MPSC)"的通用封装塞进 Cinux-Base。因为 pipe 和键盘都是单生产者单消费者(SPSC),各有各的定制同步(pipe 自带锁和 EOF,键盘是中断单生产者 + 轮询单消费者),通用封装对它们没价值。真正需要 MPSC 的是下面的内核日志(多个 CPU、中断上下文都要往里写),所以那个封装推迟到那里,而且因为要依赖内核的锁,它待在 kernel/lib/ 而不是 freestanding 的 Cinux-Base。这印证了一条:抽象的时机是"第二个真实用户出现",不是"看起来能抽象"。

内核日志:给 kprintf 配一段记忆

第二件事。036 之前内核只有 kprintf——它逐字符往串口/屏幕吐,是实时的:你站在屏幕前能看见,但启动一过、画面一滚,之前发生过什么就没了。想排查一个 late-init 的问题,或者让用户程序知道内核启动经历了什么,都抓瞎。

这一章给它补上历史。思路是把 Cinux-Base 里现成的几样叶子能力(LogLevel、Logger、RingBuffer)组合成内核的持久化日志:

kprintf / klog_*  →  KernelLog 环形历史(中断安全,带级别 + 时间戳)
                              ↓
                        sys_dmesg  →  用户态读 "[LEVEL] tick: msg"

分层很清楚——Cinux-Base 出叶子类型,kernel/ 出组合:

层	从哪来	干什么
LogLevel / Logger / RingBuffer	Cinux-Base(复用)	类型现成,不重写
ConcurrentRingBuffer<T,N>	kernel/lib/(新)	RingBuffer + 锁,MPSC、中断安全
KernelLog	kernel/lib/(新)	日志条目环形 + klog_* 宏 + kprintf 攒行桥
sys_dmesg	kernel/syscall/(新)	把历史格式化读给用户态

那个 ConcurrentRingBuffer 就是上一节说"推迟过来"的 MPSC 封装:每个操作都过一遍锁(禁中断 + 获取)。这一步让日志能在中断、甚至 panic 上下文里安全写——这是它必须待在 kernel/lib/(而不是 Cinux-Base)的根本原因:Cinux-Base 是 freestanding,没有锁的概念。

KernelLog 里每条是 { 时间戳, 级别, 256 字节消息 },存一个固定大小的环形。还有个很实用的桥:kprintf 注册一个 sink,那些还没迁移的裸 kprintf 调用,逐字符攒成一行,遇到换行就刷一条进历史——老代码不用动,日志也自动进账。

用户态这边,sys_dmesg 把历史一条条格式化成 [LEVEL] tick: message 写进用户缓冲。用户程序终于能"问内核:你启动到现在都经历了什么"。