linux模块编程（二）——运行不息的内核线程kthread

上节中，我们成功地编译运行了一个linux模块。可惜的是，它只有两个函数，hello_init在模块加载时调用，hello_exit 在模块卸载时调用。这样下去，模块纵使有天大的本事，也只能压缩在这两个函数中。为了避免这种悲剧发生，本节就来学习一种让模块在加载后能一直运行下去的方法——内核线程。

      要创建一个内核线程有许多种方法，我们这里要学的是最简单的一种。打开include/linux/kthread.h，你就看到了它全部的API，一共三个函数。

[cpp] view plaincopyprint?

1. struct task_struct kthread_run(int (*threadfn)(void *data),  
2.     void *data, const char namefmt[],...);  
3. int kthread_stop(struct task_struct *k);  
4. int kthread_should_stop(void);  

      kthread_run()负责内核线程的创建，参数包括入口函数threadfn，参数data，线程名称namefmt。可以看到线程的名字可以是类似sprintf方式组成的字符串。如果实际看到kthread.h文件，就会发现kthread_run实际是一个宏定义，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，使用方便。

      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。线程可能在kthread_stop()调用前就结束。（经过实际验证，如果线程在kthread_stop()调用之前就结束，之后kthread_stop()再调用会发生可怕地事情—调用kthread_stop()的进程crash！！之所以如此，是由于kthread实现上的弊端，之后会专门写文章讲到）

      kthread_should_stop()返回should_stop标志。它用于创建的线程检查结束标志，并决定是否退出。线程完全可以在完成自己的工作后主动结束，不需等待should_stop标志。

 

    下面就来尝试一下运行不息的内核线程吧。

1、把上节建立的hello子目录，复制为新的kthread子目录。

 

2、修改hello.c，使其内容如下。

 

[cpp] view plaincopyprint?

1. #include <linux/init.h>  
2. #include <linux/module.h>  
3. #include <linux/kthread.h>  
4.   
5. MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");  
6.   
7. static struct task_struct *tsk;  
8.   
9. static int thread_function(void *data)  
10. {  
11.     int time_count = 0;  
12.     do {  
13.         printk(KERN_INFO "thread_function: %d times", ++time_count);  
14.         msleep(1000);  
15.     }while(!kthread_should_stop() && time_count<=30);  
16.     return time_count;  
17. }  
18.   
19. static int hello_init(void)  
20. {  
21.     printk(KERN_INFO "Hello, world!\n");  
22.   
23.     tsk = kthread_run(thread_function, NULL, "mythread%d", 1);  
24.     if (IS_ERR(tsk)) {  
25.         printk(KERN_INFO "create kthread failed!\n");  
26.     }  
27.     else {  
28.         printk(KERN_INFO "create ktrhead ok!\n");  
29.     }  
30.     return 0;  
31. }  
32.   
33. static void hello_exit(void)  
34. {  
35.     printk(KERN_INFO "Hello, exit!\n");  
36.     if (!IS_ERR(tsk)){  
37.         int ret = kthread_stop(tsk);  
38.         printk(KERN_INFO "thread function has run %ds\n", ret);  
39.     }  
40. }  
41.   
42. module_init(hello_init);  
43. module_exit(hello_exit);  

       为了不让创建的内核线程一直运行浪费CPU，代码中采用周期性延迟的方式，每次循环用msleep(1000)延迟1s。为了防止线程一直运行下去，代码中使用了两个结束条件：一个是模块要求线程结束，一个是打印满一定次数，后者是为了防止printk输出信息太多。最后在hello_exit中结束线程，并打印线程运行的时间。

      这里要注意的是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。

 

3、编译运行模块，步骤参照前例。在运行过程中使用ps -e命令，可以看到有名字位mythread1的内核线程在运行。

 

 

      经过本节，我们学习了内核线程的创建使用方法，现在要创建一大堆的线程在内核中已经易如反掌。你会逐渐相信，我们模块的拓展空间是无限的。

 

附注：

      我们的重点在模块编程，不断学习内核API的使用。但如果能知其然，而知其所以然就更好了。所以有了文章后的附注部分。在附注部分，我们会尽量解释内核API的实现原理，对相关linux内核代码做简单的分析，以帮助大家学习理解相关的代码。分析的代码包含在linux-2.6.32中，但这些代码在相近版本中都变化不大。作者水平有限，请大家见谅。

      kthread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_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。

      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。