Linux内核多线程实现方法 —— kthread

Linux内核多线程实现方法 —— kthread_create函数

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。实际上，内核线程只能由其他内核线程创建，在现有的内核线程中创建一个新的内核线程的方法：

kthread_create：创建线程。
struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data),void *data,const char *namefmt, ...);//注意，第二个参数data用于向线程传递参数

线程创建后，不会马上运行，而是需要将kthread_create() 返回的task_struct指针传给wake_up_process()，然后通过此函数运行线程。

kthread_run ：创建并启动线程的函数，相当于kthread_create + wake_up_process功能;

struct task_struct *kthread_run(int (*threadfn)(void *data),void *data,const char *namefmt, ...);
kthread_stop：通过发送信号给线程，使之退出。
int kthread_stop(struct task_struct *thread);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。但如果线程函数正在处理一个非常重要的任务，它不会被中断的。当然如果线程函数永远不返回并且不检查信号，它将永远都不会停止，因此，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（下面的例子会看到）。

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()

2. 实现

2.1创建线程

在模块初始化时，可以进行线程的创建。使用下面的函数和宏定义：

struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data),

void *data,

const char namefmt[], ...);

#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; \

})

例如：

static struct task_struct *test_task;

static inttest_init_module(void) //驱动加载函数

{

int err;

test_task = kthread_create(threadfunc, 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);

2.2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);//将当前的状态表示设置为休眠

if(kthread_should_stop()) break; //解释见“注意”

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); // 休眠，与set_current_state配合使用，需要计算，这里表示休眠一秒

}

…

return 0;

}

注意：

a. 值得一提的是kthread_should_stop函数，我们需要在开启的线程中嵌入该函数并检查此函数的返回值，否则kthread_stop是不起作用的

b. 休眠有两种相关的状态:TASK_INTERRUPTIBLE and TASK_UNINTERRUPTIBLE。它们的惟一却不是处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程会忽略信号，而处于TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程如果收到信号会被唤醒并处理信号(然后再次进入等待睡眠状态)。两种状态的进程位于同一个等待队列上，等待某些事件，不能够运行。

c.schedule_time(s*HZ)的参数为节拍数，HZ宏每个系统定义不一样，表示每一秒时钟中断数，如在2.6中为1000，2.4中为100, s为秒单位，例如如果要休眠20ms，则schedule_time(0.02*HZ)就可以了。

2.3结束线程

在模块卸载时，可以结束线程的运行。使用下面的函数：

int kthread_stop(structtask_struct *k);

例如：

static void test_cleanup_module(void)

{

if(test_task){

kthread_stop(test_task);

test_task = NULL;

}

module_exit(test_cleanup_module);

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。在执行kthread_stop的时候，目标线程必须没有退出，否则会Oops。原因很容易理解，当目标线程退出的时候，其对应的task结构也变得无效，kthread_stop引用该无效task结构就会出错。

（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。

4．性能测试

可以使用top命令来查看线程（包括内核线程）的CPU利用率。命令如下：

top–p 线程号

可以使用下面命令来查找线程号：

psaux|grep 线程名

可以用下面的命令显示所有内核线程：
ps afx

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