Linux内核线程编程方法

 

Linux内核线程编程方法

 

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, ...);
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：
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。

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

kernel thread可以用kernel_thread创建，但是在执行函数里面必须用daemonize释放资源并挂到init下，还需要用completion等待这一过程的完成。为了简化操作kthread_create闪亮登场。

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[], ...);

kthread_create源码详解见http://blog.sina.com.cn/s/blog_6237dcca0100gq67.html

#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 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);

2.2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;

}

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(struct task_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。

（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：

ps aux|grep线程名

注：线程名由kthread_create函数的第三个参数指定。


代码：
#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);
MODULE_AUTHOR("YaoGang");
这个内核线程的作用就是每隔一秒打印一个“hello world”。
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......