Linux内核-内核线程

2023-07-20 14:47:16

线程分类：内核线程、用户线程（指不需要内核支持而完全建立在用户空间的线程库,这种线程效率高,由于Linux内核没有轻量级进程（线程）的概念，因此不能独立的对用户线程进行调度，而是由一个线程运行库来组织线程的调度）和轻量级线程(内核线程的高级抽象，大多数操作涉及到系统调用，效率不高)。

传统的Unix系统把一些重要的任务委托给周期性的执行进程，这些任务包括刷新磁盘高速缓存，交换出不用的页框，维护网络连接等。这些线程只运行在内核态（普通进程既可以运行在内核态，也可以运行在用户态），内核线程只运行在内核态，所以只使用大于PAGE_OFFSET的线性地址空间。现代操作系统把它们的函数委托给内核线程，内核线程不受不必要的用户态上下文拖累。内核线程的使用是廉价的，唯一使用的资源就是内核栈和上下文切换时保存寄存器的空间。

内核线程（thread）或叫守护进程(daemon)

创建内核线程

kernel_thread()函数创建一个新的内核线程，它接受的参数：所要执行的内核函数地址(fn)、要传递给函数的参数(arg)、一组clone标志(flags)。该函数的本质上是调用

do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED),0,pregs,0,NULL,NULL);

//pregs表示内核栈的地址

//CLONE_VM;避免复制进程页表

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

{

     struct pt_regs regs;

     memset(®s, 0, sizeof(regs));

     regs.ARM_r1 = (unsigned long)arg;

     regs.ARM_r2 = (unsigned long)fn;

     regs.ARM_r3 = (unsigned long)do_exit;

     regs.ARM_pc = (unsigned long)kernel_thread_helper;

     regs.ARM_cpsr = SVC_MODE;

     return do_fork(flags|CLONE_VM|CLONE_UNTRACED, 0, ®s, 0, NULL,NULL);

}

进程0
所有进程的祖先叫做进程0，idle进程或因为历史的原因叫做swapper 进程。它是在linux的初始化阶段从无到有的创建的一个内核线程。这个祖先进程使用静态分配的数据结构。

在多处理器系统中，每个CPU都有一个进程0，只要打开机器电源，计算机的BIOS就启动一个CPU，同时禁用其他CPU。运行的CPU 0上的swapper进程初初始化内核数据结构，然后激活其他的CPU，并且使用copy_process()函数创建另外的swapper进程，把0 传递给新创建的swapper进程作为他们进程的PID。

进程1

由进程0创建的内核线程执行init()函数，init() 一次完成内核的初始化。init()调用execve系统调用装入可执行程序init ，结果，init 内核线程变成一个普通的进程，且拥有自己的每个进程内核数据结构。在系统关闭之前，init 进程一直存活，因为它创建和监控在操作系统外层执行的所有进程的活动。

其他内核线程

events 处理内核事件很多软硬件事件(比如断电，文件变更)被转换为events，并分发给对相应事件感兴趣的线程进行响应

ksoftirqd ：处理软中断硬件中断处理往往需要关中断，而这个时间不能太长，否则会丢失新的中断。所以中断处理的很大一部分工作移出，转给任劳任怨的ksoftirqd在中断之外进行处理。比如一个网络包，从网卡里面取出这个过程可能需要关中断，但是TCP/IP协议处理就不必关中断了

kblockd ：管理磁盘块读写

kjournald： Ext3文件系统的日志管理通常每个 _已mount_ 的 Ext3分区会有一个 kjournald看管，各分区的日志是独立

Pdflush： dirty内存页面的回写太多dirty的页面意味着风险，比如故障时候的内容丢失，以及对突发的大量物理内存请求的响应(大量回写会导致糟糕的响应时间)

kswapd ：内存回收确保系统空闲物理内存的数量在一个合适的范围

aio ：代替用户进程管理io 用以支持用户态的AIO

驱动中应用内核线程

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/param.h>

#include <linux/jiffies.h>

#include <asm/system.h>

#include <asm/processor.h>

#include <asm/signal.h>

static pid_t thread_id;

staticDECLARE_COMPLETION(exit_completion);

static atomic_t time_to_quit =ATOMIC_INIT(0);

int my_fuction(void *arg){

    int ret;

    daemonize("demo-thread");

    allow_signal(SIGKILL);

    complete(&exit_completion);

    while(!signal_pending(current)){

         printk("jiffies is %lu/n", jiffies);

         set_current_stat(TASK_INTERRUPTIBLE);

         schedule_timeout(10 * HZ);

         if(atomic_read(&kthread->terminate))

         { /* we receiveda request to terminate ourself */ break; }

     }

    /*

    for(;;)

    {

        Ret = wait_event_interruptible(wq,condition); //可采用任何同步措施

     }*/

    complete_and_exit(&exit_completion,1);

    return0;

}

static int __init init(void)

{

    thread_id = kernel_thread(my_fuction,NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);

    wait_for_completion(&exit_completion);

    return 0;

}

static void __exit finish(void)

{

    atomic_inc(&time_to_quit);

    kill_proc(thread_id, SIGKILL, 1);

    wait_for_completion(&exit_completion);

    printk("Goodbye/n");

}

module_init(init);

module_exit(finish);

MODULE_LICENSE("GPL");

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