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linux 内核线程

article 2024/12/25 1:45:21

内核线程类似于用户进程，通常用于并发处理些工作，它是一种在内核空间实现后台任务的方式，并且可以参与时间片轮转调度。

内核线程可以进行繁忙的异步事件处理，也可以睡眠等待某事件的发生，内核线程可以访问内核函数和数据结构。

内核线程可以使用ps命令查看，名称带[]为内核线程。

内核线程的实现流程：

定义一个线程指针

↓

编写线程函数

↓

创建线程

↓

开启线程

↓

停止线程（需接受）

内核线程使用相关函数

#include <linux/kthread.h> //内核线程接口函数头文件

1.定义线程指针
struct task_struct *kernel_thread;

2.创建内核线程，返回值为创建线程的指针（方法一）
struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data),
void *data,const char namefmt[], ...);
参数1:线程函数指针，线程开启后将运行此函数
参数2:函数参数data，传递给线程函数
参数3:线程名称，这个函数可以像printk一样传入某种格式的线程名

3.内核线程绑定CPU
/**
* kthread_bind - bind a just-created kthread to a cpu.
* @k: thread created by kthread_create().
* @cpu: cpu (might not be online, must be possible) for @k to run on.
*
* Description: This function is equivalent to set_cpus_allowed(),
* except that @cpu doesn't need to be online, and the thread must be
* stopped (i.e., just returned from kthread_create()).
*/
void kthread_bind(struct task_struct *k, unsigned int cpu)

4.内核线程创建后不会马上运行，需要通过以下函数启动
int wake_up_process(struct task_struct *p)；

创建内核线程函数并运行（方法二）
#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;                               \
})

5.判断停止线程检测函数（线程函数内使用）
int kthread_should_stop(void)/*接收到停止信号，返回真.*/

6.停止内核线程函数 (线程函数外使用)
int kthread_stop(struct task_struct *k);
1）该函数发送信号给内核线程，如果线程函数不检测信号也不返回，那么此函数它将一直进行等待
2）在调用kthread_stop函数时，线程函数不能已经运行结束。

7.线程函数的运行
线程函数，内核线程开启后会运行该函数
int threadfunc(void *data)；
1）该函数由用户自己实现，函数格式如上所示
2）该函数必须能让出CPU，以便其他线程能够得到执行，也必须能重新得到调度。

kernel_thread() kthread_create()/kthread_run()创建内核线程的区别与使用

kernel_thread() 函数创建内核线程

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);
}
代码分析中，kernel_thread()是通过do_fork()进行创建的线程，在2.6的版本中，这种创建内核线程的方式还可以用于驱动模块中，但是在4.x的内核版本中就不可以在驱动模块中使用，也就是说想要使用kernel_thread之内将驱动程序编译进内核才能够创建线程，想要使用insmod方式创建内核线程，就会被拒绝insmod，因为kernel_thread没有EXPORT_SYSMBOL出来。

kthread_create()/kthread_run() 函数创建线程

将一个函数传递给kernel_thread创建并初始化一个task，该函数接下来负责帮助内核调用daemonize (3.5已经移除了daemonize接口)已转换为内核守护进程，daemonize随后完成一些列操作, 如该函数释放其父进程的所有资源，不然这些资源会一直锁定直到线程结束。阻塞信号的接收, 将kthreadd_task用作守护进程的父进程。
kthread_create需要使用wake_up_process()唤醒，kernel_thread是通过_do_fork来实现的。
两种方式创建线程的方式其实是一种线程，因为，kthrad_run()是一个宏定义，最终调用到kthread_create()
#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; \
})
而kthread_create()其实也是宏定义
#define kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...) \
kthread_create_on_node(threadfn, data, -1, namefmt, ##arg)

struct task_struct *kthread_create_on_node(int (*threadfn)(void *data),
void *data,
int node,
const char namefmt[], ...);
最终是调用到kthread_create_on_node()函数, kthread_create_on_node()已经被EXPORT_SYSMBOL出来，所以，无论是在内核中使用还是在驱动模块中，都可以创建出新线程。
注意：kthreatd_create()创建出的新线程的父进程是kthreadd，在kthread_create创建出的线程也对其上下文环境也进行了清理，所以kthread_create()是比较正统的创建线程的方法。推荐使用kthread_create()的方式创建线程。