Page 479 - 《软件学报》2024年第4期

吴圣垚 等: HiLog: OpenHarmony 的高性能日志系统 2057

题排查的指导, 也可以在程序运行时进行证据留痕, 还可以对丢失的数据进行恢复 [19] , 是当前计算机系统不可或
缺的基础能力之一. 随着计算机软硬件的高速发展, 操作系统中的信息产生速度快速增长 [20,21] , 为了实现操作系统
[1]
信息的有效捕获, 构建一个用于日志收集、排序、分类、保存、查看的系统十分必要. 因此, 日志系统就应运而生 .
日志系统不但需要尽可能详细地记录计算机的每一条日志, 还需要为开发者提供便捷的查询服务. 随着计算
机系统内程序的数量增多, 日志系统记录的日志逐步增多, 日志的写入速率愈发快速 [20] , 远远超出人工分析的范
围. 因此, 对日志系统的功能提出了更多的要求, 如, 能够对日志进行分类、分级筛查, 关键字检索等.
1.2 主流日志系统
目前业界已存在多种日志系统, 例如 Android 日志系统、Fuchsia 日志系统、FTrace、NanoLog、Log4j2 等,
这些日志系统为操作系统和软件提供了不可或缺的日志能力, 提升了开发和维护的效率.
1.2.1 Android 日志系统
Android 5.0 之前版本的日志系统采用简单可靠的架构, 如图 1 所示, 其中, ① 代表日志写入过程, ② 代表日志
读取 (打印) 过程, ③ 代表日志持久化过程. 日志的处理与暂存需要依靠 Linux Kernel 的 logger 模块, 其中, 不论是
应用程序日志、系统日志还是内核日志, 都统一存储于位于内核的 ringbuffer 中. 写日志接口采用 Linux 原生的
ioctl (input/output control) 机制实现用户态向内核态传参 [22] , 读日志接口 logcat 实质是对 logger 命令的封装实现.
采用这种架构的优势在于内存 Copy 次数少; 但缺点也很明显, ioctl 机制需要解析命令行才能跳转到对应处理函
数, 会增加日志接口延时和 CPU 负载 [23] . 此外, 这种架构对 Linux 内核的耦合极强, 不能脱离 Linux 内核运行, 也
必须跟随 Linux 版本进行迭代.

UserSpace Process A
① logcat
②
Process B
logger
KernelSpace
kernel buffer ③
Main System …
Hardware
Flash

图 1 Android 5.0 之前版本的日志系统

Android 日志系统于 Android 5.0 版本后采用了新架构并一直沿用至今. 如图 2 所示, 其中, ①和②代表用户态
日志写入过程, ③和④代表日志读取 (打印) 过程, ⑤代表日志持久化过程, ⑥代表内核态日志的写入过程. 新日志
系统通过在用户态维护守护进程 logd 实现对应用日志、系统日志以及内核日志的自动化搜集与暂存. 在日志写
入方面, 每一用户态写日志进程与 logd 的进程间通信 (inter process communication, IPC) 采用 Linux 原生套接字
(Socket) 实现; 内核态日志通过扫描/proc/kmsg 文件抓取. 在日志输出方面, logcat 采用 Socket 收发的方式实现传输.

UserSpace Process A logd
① list_buffer logcat
Process B ② Main System … ③ ④
⑥
KernelSpace
kernel buffer
⑤
socket buffer
Hardware
Flash
图 2 Android 5.0 及以后版本的日志系统架构 (Android version ≥ 5.0.0)

新版 Android 日志系统相比旧版本最大的优势在于能够一定程度上与 Linux 内核解耦, 同时在用户态维护缓
冲区所需的权限较低, 更为安全. 但是 Android 日志系统没有对日志资源的使用进行合理分配或约束, 因此写日志