在Linux系统中,前面我们接触了用户进程或用户进程,但是在实际的也是有内核线程的存在,例如我们在内存管理章节中熟悉的内存回收进程kswapd,软中断等。本章主主要包括内核线程的创建和结束的完整过程。
Linux内核在启动的时候,是没有线程的概念,当内核初始化完成后将启动一系列的线程,之后,CPU执行流就绑定在一个线程中运行,内核线程和用户线程的区别如下图所示:
内核线程也是用task_struct的数据结构表示,其跟用户空间的数据结构含义基本类似,我们重点关注以下内容
Linux线程的实现相当复杂,但使用却比较简单。使用接口封装成了几个函数,其他模块只需直接使用这些函数,比如只需调用一句宏即可
struct task_struct *kthread_create_on_node(int (*threadfn)(void *data),
void *data,
int node,
const char namefmt[], ...);
#define kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...) \
kthread_create_on_node(threadfn, data, NUMA_NO_NODE, namefmt, ##arg)
struct task_struct *kthread_create_on_cpu(int (*threadfn)(void *data),
void *data,
unsigned int cpu,
const char *namefmt);
#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; \
})
CPU在执行和调度中并不会区分是用户线程还是内核线程,用户线程无非就是多一个用户空间的堆栈管理而已。本文讲解包括用户线程和内核线程在内的创建逻辑。
Linux用户线程(属于用户进程),都是在用户空间创建,虽然线程是内核调度的基本单位,但是用户线程的堆栈并不是由内核管理,它是由系统库创建和管理。所以,用户的线程的资源是由用户库来管理的,和内核线程堆没有必然的关系,唯一依赖的就是靠内核的线程对象来调度执行。详细的过程参考pthread的库实现,其最终会调用到底层的clone接口。
内核线程通过kthread_create_on_node()函数创建,下面我们来看看内核线程的实现过程
函数已经做了详细的注释,这里主要完成以下内容
内核专门提供了Kthreadd线程用来处理内核线程,kthreadd线程在内核启动的时候就创建好了,一直不会退出,当没有创建任务时,主动放弃CPU时间,调用schedule()执行调度程序;当任务到来后,它会被再次唤醒,执行具体的创建线程任务。
create_thread()函数实际上调用kernel_thread(),而它又最终调用_do_fork()创建线程。创建的时候并不会把线程函数直接传递进去,而是先传入一个公共的代理函数,待代理函数起来,并进行一些初始化后,才开始执行线程函数。
通知completion对象,创建工作已经完成,线程已经运行起来了,接着主动调用schedule()放弃CPU时间,以便创建者可以快速的获得调度,知道创建结果。
_do_fork()不会重头分配每一个task_struct对象的数据,而是从父线程那里拷贝一个副本回来,跟据参数不同,拷贝的内容也各有差异,这里不去细分如何差别对待拷贝参数,可以看前面的章节 进程管理(八)–创建进程fork_奇小葩-程序员宅基地
内核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。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。
在线程函数里,完成所需要的业务逻辑工作
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
这个函数在kthread_stop()被调用后返回真,当返回为真时你的处理函数要返回,返回值会通过kthread_stop()返回。所以你的处理函数应该有判断kthread_should_stop然后退出的代码
内核线程起始就是运行在内核地址空间的进程,它和普通的用户进程的区别在于内核线程没有独立的进程地址空间,即task_struct数据结构中mm指针为NULL,它只能运行在内核地址空间,和普通的进程一样参与系统的调度中。所有的内核线程都共享内核地址空间。
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