Linux内核线程

Posted 2023-02-17 飞雪天龙

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux内核线程相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

1.内核线程介绍：

  内核经常需要在后台执行一些操作，这种任务就可以通过内核线程（kernle thread）完成——独立运行在内核空间的标准进程。内核线程和普通的进程间的区别在于内核线程没有独立的地址空间，mm指针被设置为NULL；它只在内核空间运行，从来不切换到用户空间去；并且和普通进程一样，可以被调度，也可以被抢占。内核线程只能由其它的内核线程创建，Linux内核通过给出的函数接口与系统中的初始内核线程kthrreadd交互，由kthreadd衍生出其它的内核线程。 2.相关接口函数： 1.kthread_create：函数返回一个task_struct指针，指向代表新建内核线程的task_struct结构体。注意：使用该函数创建的内核线程处于不可运行状态，需要将kthread_create返回的task_struct传递给wake_up_process函数，通过此函数唤醒新建的内核线程。
2.kthread_run：该函数新建并运行新创建的线程。该函数定义如下： # define kthread_run(threadfn, data, namefmt, ...)               \\
(                                       \\
     struct task_struct *__k                           \\
         = kthread_create(threadfn, data, namefmt, ## __VA_ARGS__); \\
     if ( !IS_ERR(__k))                           \\
         wake_up_process(__k);                       \\
    __k;                                   \\
) 3.kthread_stop：线程一旦启动起来后，会一直运行，除非该线程主动调用do_exit函数，或者其他的进程调用kthread_stop函数，结束线程的运行。 4.kthread_should_stop：该函数位于内核线程函数体内，用于接收 kthread_stop传递的结束线程信号，如果内核线程中未用此函数，则 kthread_stop使其结束

3.实现举例

3.1头文件：

#include <linux/sched.h> //wake_up_process()

#include <linux/kthread.h> //kthread_create()、kthread_run()

#include <err.h> //IS_ERR()、PTR_ERR()

3.2实现

1.创建线程在内核模块初始化时，可以进行线程的创建。使用kthread_create+wake_up_process或者kthread_run函数。如： static struct task_struct *test_task;
static int test_init_module( void)

     int err;
    test_task = kthread_create(test_thread, NULL, "test_task");
     if(IS_ERR(test_task))
      printk( "Unable to start kernel thread.\\n");
      err = PTR_ERR(test_task);
      test_task = NULL;
       return err;

    wake_up_process(test_task);
     return 0;
module_init(test_init_module);
2.线程函数在线程函数里，完成所需的业务逻辑工作。主要框架如下所示： int threadfunc( void *data)
        …
         while( 1)
               set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
                if(kthread_should_stop()) break;
                if() //条件为真
                       //进行业务处理

                else //条件为假
                       //让出CPU运行其他线程，并在指定的时间内重新被调度
                      schedule_timeout(HZ);


        …
         return 0;
3.结束线程在模块卸载时，可以使用 kthread_stop 结束线程的运行。函数原型：int kthread_stop(struct task_struct *k); static void test_cleanup_module( void)

             if(test_task)
                kthread_stop(test_task);
                test_task = NULL;


module_exit(test_cleanup_module);

3.3注意事项

（1）在调用kthread_stop函数时，线程函数不能已经运行结束。否则，kthread_stop函数会一直进行等待。（2）线程函数必须能让出CPU，以便能运行其他线程。同时线程函数也必须能重新被调度运行。在例子程序中，这是通过schedule_timeout()函数完成的，也可自己调用schedule函数等方式。

4.代码示例

以下代码，摘抄自网络：
# include <linux /kthread.h >
# include <linux /module.h >
# ifndef SLEEP_MILLI_SEC
# define SLEEP_MILLI_SEC(nMilliSec)\\
do \\
long timeout = (nMilliSec) * HZ / 1000; \\
while(timeout > 0) \\
\\
timeout = schedule_timeout(timeout); \\
\\
while( 0);
# endif
static struct task_struct * MyThread = NULL;
static int MyPrintk( void *data)

char *mydata = kmalloc(strlen(data) + 1,GFP_KERNEL);
memset(mydata, '\\0',strlen(data) + 1);
strncpy(mydata,data,strlen(data));
while( !kthread_should_stop())

SLEEP_MILLI_SEC( 1000);
printk( "%s\\n",mydata);

kfree(mydata);
return 0;

static int __init init_kthread( void)

MyThread = kthread_run(MyPrintk, "hello world", "mythread");
return 0;

static void __exit exit_kthread( void)

if(MyThread)

printk( "stop MyThread\\n");
kthread_stop(MyThread);

module_init(init_kthread);
module_exit(exit_kthread);

5.内核线程创建原理详解

kernel_thread为真实的用于创建内核线程的函数，其最终会调用do_fork函数进行内核线程的创建，内核提供的内核线程创建函数如kthread_create等，最终都会间接调用到kernel_thread函数进行内核线程的创建。 /*函数定义于：（linux)/include/linux/sched.h *函数实现于： (linux)/kernel/fork.c */ pid_t kernel_thread( int ( *fn)( void *), void *arg, unsigned long flags)

return do_fork(flags |CLONE_VM |CLONE_UNTRACED, ( unsigned long)fn,
( unsigned long)arg, NULL, NULL);

内核线程之父kthreadd的创建

在内核启动的后续阶段，start_kernel最后会调用rest_init函数进行init函数以及kthreadd内核线程的初始化，函数源码如下所示。kernel_init内核线程负责创建init进程，创建成功后，该内核线程运行结束；接下来创建kthreadd内核线程，该内核线程将常驻，并根据需求与相关函数调用衍生出新的内核线程，kthreadd将作为其它内核线程的模板。 //(linux)//init/main.c static noinline void __init_refok rest_init( void)

   ……
    kernel_thread( kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
    ……
    pid = kernel_thread( kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);   rcu_read_lock();    kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns); //全局变量kthreadd_task为指向kthreadd的task结构体    rcu_read_unlock();
  ……

kthreadd工作原理如下： kthreadd内核线程的主体是内核中的kthreadd这个函数，其源码如下所示。其中for循环负责根据 kthread_create_list中的信息，创建新的内核线程。 int kthreadd( void *unused)

     struct task_struct *tsk = current;

     /* Setup a clean context for our children to inherit. */
    set_task_comm(tsk, "kthreadd");
    ignore_signals(tsk);
    set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpu_all_mask);
    set_mems_allowed(node_states[N_MEMORY]);

    current - >flags |= PF_NOFREEZE;

     for (;;)
         set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
         if (list_empty( &kthread_create_list))
            schedule(); //如果链表上没有新的内核线程创建请求，则调度其它进程    //当调用 kthread_create函数时，其会通过wak_up_process唤醒此线程，并从此处开始运行
        __set_current_state(TASK_RUNNING);

        spin_lock( &kthread_create_lock);
         while ( !list_empty( &kthread_create_list))
             struct kthread_create_info *create;

            create = list_entry(kthread_create_list.next,
                       struct kthread_create_info, list);
            list_del_init( &create - >list);
            spin_unlock( &kthread_create_lock);

            create_kthread(create); //函数中，会调用kernel_threadh函数，创建由create所指定信息的内核线程

            spin_lock( &kthread_create_lock);

        spin_unlock( &kthread_create_lock);


     return 0;

kthread_create是一个宏，对应的函数为 kthread_create_on_node： //(linux)/include/linux/kthread.h # define kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...) \\
    kthread_create_on_node(threadfn, data, - 1, namefmt, ##arg)
kthread_create_on_node定义如下，其原理为： 1）向 kthread_create_list添加新的内核线程创建需求； 2）通过 wake_up_process唤醒kthreadd内核线程，接下来kthreadd内核线程会取 kthread_create_list 新的请求，然后调用create_kthread进行内核线程创建，create_thread最终会调用kernel_create函数 struct task_struct *kthread_create_on_node( int ( *threadfn)( void *data),
                        void *data, int node,
                        const char namefmt[],
                       ...)

   ……
    spin_lock( &kthread_create_lock);
     list_add_tail(&create.list, &kthread_create_list); 将内核线程创建的请求添加到 kthread_create_list上
    spin_unlock( &kthread_create_lock);

     wake_up_process(kthreadd_task); //唤醒kthreadd，使其创建新的内核线程
    wait_for_completion( &create.done);
   ……

EXPORT_SYMBOL(kthread_create_on_node);

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