linux驱动学习之内核线程学习

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, ...);//注意，第二个参数data用于向线程传递参数
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，相当于kthread_create +  wake_up_process功能;
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，因此，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（下面的例子会看到）。
 
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
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[], ...);
#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 inttest_init_module(void)    //驱动加载函数
{
    int err;
    test_task = kthread_create(threadfunc, 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);//将当前的状态表示设置为休眠
if(kthread_should_stop()) break;  //解释见“注意”
              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);   // 休眠，与set_current_state配合使用，需要计算，这里表示休眠一秒
              }
       }
       …
       return 0;
}
注意：
a. 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
b. 休眠有两种相关的状态:TASK_INTERRUPTIBLE and TASK_UNINTERRUPTIBLE。它们的惟一却不是处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程会忽略信号，而处于TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程如果收到信号会被唤醒并处理信号(然后再次进入等待睡眠状态)。两种状态的进程位于同一个等待队列上，等待某些事件，不能够运行。
c.schedule_time(s*HZ)的参数为节拍数，HZ宏每个系统定义不一样，表示每一秒时钟中断数，如在2.6中为1000，2.4中为100, s为秒单位，例如如果要休眠20ms，则schedule_time(0.02*HZ)就可以了。
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(structtask_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。在执行kthread_stop的时候，目标线程必须没有退出，否则会Oops。原因很容易理解，当目标线程退出的时候，其对应的task结构也变得无效，kthread_stop引用该无效task结构就会出错。
（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：
       psaux|grep 线程名

可以用下面的命令显示所有内核线程：

      ps afx