Linux内核多线程（一）

Linux内核可以看作一个服务进程(管理软硬件资源，响应用户进程的种种合理以及不合理的请求)。内核需要多个执行流并行，为了防止可能的阻塞，支持多线程是必要的。内核线程就是内核的分身，一个分身可以处理一件特定事情。内核线程的调度由内核负责，一个内核线程处于阻塞状态时不影响其他的内核线程，因为其是调度的基本单位。这与用户线程是不一样的。因为内核线程只运行在内核态，因此，它只能使用大于PAGE_OFFSET（3G）的地址空间。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（thread）或叫守护进程(daemon)，在操作系统中占据相当大的比例，当Linux操作系统启动以后，你可以用”ps -ef”命令查看系统中的进程，这时会发现很多以”d”结尾的进程名，确切说名称显示里面加 "[]"的，这些进程就是内核线程。

创建内核线程最基本的两个接口函数是：

kthread_run(threadfn, data, namefmt, ...)    

和

kernel_thread(int(* fn)(void *),void * arg,unsigned long flags)

这里我们主要介绍kthread_run，后面会专门分析这两个函数的异同。

kthread_run 事实上是一个宏定义：

/**

 * kthread_run - create and wake a thread.

 * @threadfn: the function to run until signal_pending(current).

 * @data: data ptr for @threadfn.

 * @namefmt: printf-style name for the thread.

 *

 * Description: Convenient wrapper for kthread_create() followed by

 * wake_up_process().  Returns the kthread or ERR_PTR(-ENOMEM).

 */

#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;                                               \

})

 kthread_run()负责内核线程的创建，它由kthread_create()和wake_up_process()两部分组成，这样的好处是用kthread_run()创建的线程可以直接运行。外界调用kthread_run创建运行线程。kthread_run是个宏定义，首先调用kthread_create()创建线程，如果创建成功，再调用wake_up_process()唤醒新创建的线程。kthread_create()根据参数向kthread_create_list中发送一个请求，并唤醒kthreadd，之后会调用wait_for_completion(&create.done)等待线程创建完成。新创建的线程开始运行后，入口在kthread()，kthread()调用complete(&create->done)唤醒阻塞的模块进程，并使用schedule()调度出去。kthread_create()被唤醒后，设置新线程的名称，并返回到kthread_run中。kthread_run调用wake_up_process()重新唤醒新创建线程，此时新线程才开始运行kthread_run参数中的入口函数。

在介绍完如何创建线程之后，下面来介绍另外两个基本的函数：

int kthread_stop(struct task_struct *k);

int kthread_should_stop(void);

 kthread_stop()负责结束创建的线程，参数是创建时返回的task_struct指针。kthread设置标志should_stop，并等待线程主动结束，返回线程的返回值。在调用 kthread_stop()结束线程之前一定要检查该线程是否还在运行（通过 kthread_run 返回的 task_stuct 是否有效），否则会造成灾难性的后果。kthread_run的返回值tsk。不能用tsk是否为NULL进行检查，而要用IS_ERR()宏定义检查，这是因为返回的是错误码，大致从0xfffff000~0xffffffff。

 kthread_should_stop()返回should_stop标志（参见 struct kthread ）。它用于创建的线程检查结束标志，并决定是否退出。

kthread() (注：原型为：static int kthread(void *_create) )的实现在kernel/kthread.c中，头文件是include/linux/kthread.h。内核中一直运行一个线程kthreadd，它运行kthread.c中的kthreadd函数。在kthreadd()中，不断检查一个kthread_create_list链表。kthread_create_list中的每个节点都是一个创建内核线程的请求，kthreadd()发现链表不为空，就将其第一个节点退出链表，并调用create_kthread()创建相应的线程。create_kthread()则进一步调用更深层的kernel_thread()创建线程，入口函数设在kthread()中。

      外界调用kthread_stop()删除线程。kthread_stop首先设置结束标志should_stop，然后调用wake_for_completion(&kthread->exited)上，这个其实是新线程task_struct上的vfork_done，会在线程结束调用do_exit()时设置。

附：

struct kthread {

       int should_stop;

       struct completion exited;

};

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_HIGH_MEMORY]);


       current->flags |= PF_NOFREEZE | PF_FREEZER_NOSIG;

 
       for (;;) {

              set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);

              if (list_empty(&kthread_create_list))

                     schedule();

              __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);

 

                     spin_lock(&kthread_create_lock);

              }

              spin_unlock(&kthread_create_lock);

       }

       return 0;
}

/**

 * kthread_stop - stop a thread created by kthread_create().

 * @k: thread created by kthread_create().

 *

 * Sets kthread_should_stop() for @k to return true, wakes it, and

 * waits for it to exit. This can also be called after kthread_create()

 * instead of calling wake_up_process(): the thread will exit without

 * calling threadfn().

 *

 * If threadfn() may call do_exit() itself, the caller must ensure

 * task_struct can't go away.

 *

 * Returns the result of threadfn(), or %-EINTR if wake_up_process()

 * was never called.

 */

int kthread_stop(struct task_struct *k)
{

       struct kthread *kthread;

       int ret;

 
       trace_sched_kthread_stop(k);

       get_task_struct(k);

 
       kthread = to_kthread(k);

       barrier(); /* it might have exited */

       if (k->vfork_done != NULL) {

              kthread->should_stop = 1;

              wake_up_process(k);

              wait_for_completion(&kthread->exited);

       }

       ret = k->exit_code;

       put_task_struct(k);

       trace_sched_kthread_stop_ret(ret);

       return ret;

}