内核线程

有时候我们需要有个程序来监听和处理某些指定事件，此时经常会做个服务，让其在后台执行，这在应用程序这样的用户态很经常用到，而在Linux Kernel里也会有类似的经历，此时同样可以使用线程来实现，不过它叫内核线程，只能在内核中由其他的线程来创建，而所有的内核线程由kthreadd创建，故而使用ps -ef命令看到所有被[]括起来的内核线程（守护进程）对应的PPID均为2。内核线程与普通用户态线程除了内核线程没有独立地址空间（其mm成员指向NULL）外，其他的可被调度和被抢占均支持。我们还是以实践为主，下面是这次会使用到跟内核线程相关的API函数和宏，在include/linux/kthread.h文件中均有定义： 

1.kthread_create()，创建内核线程

#define kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...) \
        kthread_create_on_node(threadfn, data, -1, namefmt, ##arg)

2.kthread_run()，创建并运行内核线程

#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; \
})

看到与kthread_create()的区别了吧，多了个wake_up_process()操作。 

3.kthread_stop()，停止指定内核线程

int kthread_stop(struct task_struct *k);

4.kthread_should_stop()，线程该停止吗？

bool kthread_should_stop(void);

5.kthread_bind()，绑定创建好的线程在执行CPU核心上运行

void kthread_bind(struct task_struct *k, unsigned int cpu);

也可在创建的时候调用如下函数在创建的同时一起绑定：

struct task_struct *kthread_create_on_cpu(int (*threadfn)(void *data),
                   void *data,
                   unsigned int cpu,
                   const char *namefmt);

两者在使用后需要调用kthread_run()里用到的wake_up_process()才能进入运行队列。 

从上面的API看到，关键人物是struct task_struct，其在include/linux/sched.h文件中定义。 

至此，相关需使用的API已简略说明，而作为线程，对编程来说只是一个函数的实现，该函数一般作为死循环处理，当然在该循环中会进行判断，确认该线程是不是该停止退出了，如果该退出则做相应的处理，如果不退出则继续处理。而作为内核线程，要能主动让出CPU去运行其他线程也必须能重新被调度，这需要调用schedule函数等相关方式，schedule相关函数在kernel/timer.c文件中有定义： 

1.schedule_timeout()，让CPU调度运行其他线程并等待指定时间后本线程被重新调度，其不改变当前状态

signed long __sched schedule_timeout(signed long timeout) ;

2.schedule_timeout_interruptible()，其会改变当前状态为可被中断

signed long __sched schedule_timeout_interruptible(signed long timeout) ;

其相当于sleep操作，好了，下面是重头戏了，看看源代码是如何使用这些API的吧：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/slab.h>

static struct task_struct * slam_unbind_thread = NULL;

static int slam_bind_func(void *data)
{
        unsigned int cur_cpu = *((unsigned int *)data);
        printk("[slam_bind_thread/%d] start!\n", cur_cpu);

        while(!kthread_should_stop())
        {
                printk("I'm in [slam_bind_thread/%d]!\n", cur_cpu);
                schedule_timeout(msecs_to_jiffies(5000));
        }

        printk("[slam_bind_thread/%d] end!\n", cur_cpu);
        return 0;
}

static int slam_unbind_func(void *data)
{
        char *slam_data = kzalloc(strlen(data)+1, GFP_KERNEL);
        strncpy(slam_data, data, strlen(data));

        while(!kthread_should_stop())
        {
                printk("Unbind Thread:%s(%ld)\n", slam_data, jiffies);
                schedule_timeout(msecs_to_jiffies(5000));
        }

        kfree(slam_data);
        return 0;
}

static __init int kthread_example_init(void)
{
        int cur_cpu;
        unsigned int cpus = num_online_cpus();
        unsigned int bind_thread_params[cpus];

        struct task_struct *slam_bind_threads[cpus];
        slam_unbind_thread = kthread_run(slam_unbind_func, "slam-xinu", "slam_unbind");

        for_each_present_cpu(cur_cpu)
        {
                bind_thread_params[cur_cpu] = cur_cpu;
                slam_bind_threads[cur_cpu] = kthread_create(slam_bind_func, (void *)(bind_thread_params+cur_cpu), "BindThread/%d", cur_cpu);
                kthread_bind(slam_bind_threads[cur_cpu], cur_cpu);
                wake_up_process(slam_bind_threads[cur_cpu]);
        }

        schedule_timeout_interruptible(msecs_to_jiffies(30*1000));

         for(cur_cpu=0;cur_cpu<cpus;cur_cpu++)
         {
              kthread_stop(slam_bind_threads[cur_cpu]);
         }

         return 0;
}

static __exit void kthread_example_exit(void)
{
        if(slam_unbind_thread)
        {
                kthread_stop(slam_unbind_thread);
        }
}

module_init(kthread_example_init);
module_exit(kthread_example_exit);

相应的Makefile文件内容如下：

obj-m += kthread_example.o

CUR_PATH:=$(shell pwd)
LINUX_KERNEL_PATH:=/home/xinu/linux-3.13.6

all:
        make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CUR_PATH) modules

clean:
        make -C $(LINUX_KERNEL_PATH) M=$(CUR_PATH) clean

对应的源码文件目录树如下： 

/home/xinu/xinu/linux_kernel_driver_l1/kthread_example/
├── kthread_example.c
└── Makefile 

该驱动测试验证了内核线程，实现了一个标准的未绑定指定CPU的线程，还有多个绑定指定CPU核心的线程。其中，绑定的多个在模块加载30秒内正常运行，模块等完这30秒就停掉这些线程，此时insmod也不再卡住，回到命令行状态，而未绑定的线程仍继续运行，直到rmmod停止。 

参考网址： 

http://blog.chinaunix.net/uid-28693738-id-4137973.html
http://www.bluezd.info/archives/kernel-thread-%E7%9A%84%E5%88%9B%E5%BB%BA
http://www.cnblogs.com/zhuyp1015/archive/2012/06/11/2545624.html