Linux 内核线程的创建：一段代码的旅程

Linux 内核线程是一种没有用户空间地址的轻量级进程，它们在内核空间运行并执行核心系统功能。这些线程是Linux多任务处理的基础，负责处理设备驱动、系统调用和其他核心任务。本文将详细探讨内核线程的创建过程，它是如何成为系统中活跃的一部分。

Linux 内核线程概述

与用户态线程不同，内核线程不用切换到用户模式，避免了上下文切换的开销。它们通常由内核模块或者系统初始化代码创建，并在内核初始化阶段启动一些基础服务。

创建内核线程的方法

在Linux内核中创建线程主要使用kthread_create()或者kthread_run()函数。这两个函数封装了线程创建的细节，使得开发者可以专注于线程实际要执行的任务。

kthread_create()

kthread_create()用于创建一个内核线程，但不立即启动它。它返回一个任务结构体指针task_struct，代表新的线程。

kthread_run()

kthread_run()是kthread_create()的封装，它创建并启动内核线程。它在内部调用kthread_create()创建线程，并使用wake_up_process()启动它。

内核线程的创建步骤

让我们通过一个示例来看看如何创建和启动一个内核线程。

示例代码

#include <linux/kthread.h>    // 对于kthread API
#include <linux/delay.h>      // 对于ssleep()static struct task_struct *thread;int thread_fn(void *unused)
{while (!kthread_should_stop()) {printk("Thread is running\n");ssleep(5);}printk("Thread is stopping\n");return 0;
}static int __init thread_init(void)
{printk("Creating Thread\n");// 使用 kthread_run 创建并启动线程thread = kthread_run(thread_fn, NULL, "my_kthread");if (IS_ERR(thread)) {printk("Error in creating thread\n");return PTR_ERR(thread);}return 0;
}static void __exit thread_exit(void)
{printk("Cleaning up\n");if (thread) {kthread_stop(thread);}
}module_init(thread_init);
module_exit(thread_exit);

代码解释

1. 头文件包含：我们包含必要的头文件以获取kthread API和其他功能，如ssleep()进行睡眠。
2. 线程函数：thread_fn是线程将要执行的函数。在这个函数中，我们使用kthread_should_stop()来检查是否有停止线程的请求。如果没有，线程打印一条消息并睡眠5秒。
3. 初始化和退出函数：thread_init函数在模块加载时调用，用于创建和启动线程。thread_exit函数在模块卸载时调用，用于停止线程。
4. kthread_run：我们使用kthread_run来创建并启动线程。如果创建失败，将返回一个错误代码。

创建过程的内部工作原理

• 当kthread_run被调用时，它首先为新线程分配必要的资源。
• 它将线程函数和任何传递给它的参数封装在一个新的task_struct中。
• 然后它调用wake_up_process()启动新线程，此时线程开始执行指定的线程函数。

总结

内核线程是Linux内核高效运行不可或缺的组成部分。它们的创建和管理通过kthread API进行抽象化，从而简化了内核编程。深入理解内核线程的创建和生命周期对于那些需要在内核空间执行任务的开发者来说是极其重要的。通过上述说明和示例代码，开发者应该能够开始在自己的模块中创建和管理内核线程。