Linux内核线程驱动

1. Linux内核线程

相关Linux内核线程问题

• Linux内核线程与工作队列有什么区别？

workqueue是kthread的高一级别封装，可以让你把独立的，短时可以完成的工作推入队列中，然后由所指定的线程顺序执行。

2. Linux内核线程知识点

2.1 Linux内核完成量

include/linux/completion.h(参考内核代码Linux-2.6.15.7)

struct completion {
    unsigned int done;//指示等待的事件是否完成。初始化时为0。如果为0，则表示等待的事件未完成。大于0表示等待的事件已经完成。
    wait_queue_head_t wait;//存放等待该事件完成的进程队列。
};

使用完成量步骤：

• 定义、初始化。直接定义并调用init_completion()初始化。init_completion()会将done字段初始化为0，wait字段的自旋锁为未锁，等待队列为空。这说明调用该完成量的进程必须等待某事件完成(即另外一进程必须先调用completiom()唤醒该完成量)。

struct completion completion;
init_completion(&completion);
或
DECLARE_COMPLETION(completion);

• 等待完成量，等待时间完成。参考

wait_for_completion(&completion)

• 唤醒完成量，用于唤醒一个等待该完成量的进程。

complete(&completion)

引申一个简单的案例，当我们对字符设备操作需要写完才能读的时候则可以用完成量来操作。

伪代码如下：

ssize_t cdev_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
	wait_for_completion(&comp); /* 直到写入完成才能读数据 */
	copy_to_user();
	return 0; /* EOF */
}
ssize_t cdev_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
	complete(&comp);
	return count; /* succeed, to avoid retrial */
}

2.2 Linux内核信号处理

• signal_pending，检查当前进程是否有信号处理，返回不为0表示有信号需要处理

signal_pending(current)

• send_sig，发送信号到指定任务(当前任务)

send_sig(SIGUSR1, current, 0);

3. Linux内核线程案例

3.1 Linux2.16.7

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 

/*主要使用流程*/
//1、初始化启动线程，线程中可用等待队列等待，唤醒接收/发送数据
//2、接收中断停止接收/发送数据，退出线程

typedef struct thread_task_s
{
    struct task_struct *task;
    struct completion complet;
    char *taskname;
    void (*PFN_TASK_LOOP)(struct thread_task_s *);
}THREAD_TASK_S;

static THREAD_TASK_S stThreadTask;

static int thread_daemon(THREAD_TASK_S *pstThreadTask)
{
    daemonize(pstThreadTask->taskname);
    allow_signal(SIGKILL); // 允许线程接收中断信号
    pstThreadTask->task = current;
    
    complete (&pstThreadTask->complet);
    pstThreadTask->PFN_TASK_LOOP(pstThreadTask);
    pstThreadTask->task = NULL;
    complete_and_exit (&pstThreadTask->complet, 0);
}

void thread_task_init(THREAD_TASK_S *pstThreadTask, char *taskname, void (*PFN_TASK_LOOP)(struct thread_task_s *))
{
    pstThreadTask->task = NULL;
    pstThreadTask->taskname = taskname;
    pstThreadTask->PFN_TASK_LOOP = PFN_TASK_LOOP;
    init_completion(&pstThreadTask->complet);
}

void start_task_thread(THREAD_TASK_S *pstThreadTask)
{
    kernel_thread((int (*)(void *))thread_daemon, (void *)pstThreadTask, 0);
    //
    /** 
    * @brief <<注释,creed, 2022/02/17>>
    * wait_for_completion会等待complete才会执行下一个任务
    * 这个函数进行一个不可打断的等待. 如果你的代码调用 wait_for_completion 并且没有人完成这个任务, 结果会是一个不可杀死的进程
    * 解析:https://www.cnblogs.com/zhuyp1015/archive/2012/06/13/2548458.html
    */
    wait_for_completion (&pstThreadTask->complet);
    //++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++!>
}

static void kernelthread(struct THREAD_TASK_S *pstThreadTask)
{
    int i = 0;
    while(1) {
        if (signal_pending(current)) // 接收当前线程信号
            break;
        msleep(1000);
        i++;
        if(i > 60)
            break;
        printk(KERN_INFO "run\n");
    }
    printk(KERN_INFO "exit kernelthread\n");
}

void stop_task_thread(THREAD_TASK_S *pstThreadTask)
{
    if (pstThreadTask->task != NULL) {
        send_sig(SIGKILL, pstThreadTask->task, 1); // 向线程发送中断信号
        wait_for_completion(&pstThreadTask->complet);
        pstThreadTask->task = NULL;
    }
    init_completion(&pstThreadTask->complet);
}

static int __init kernel_thread_init(void)
{
    int i = 0;
    thread_task_init(&stThreadTask, "kernelthread", kernelthread);
    start_task_thread(&stThreadTask);
    printk(KERN_INFO "kernel_thread_init success.\n");
    return 0;
}

static void __exit kernel_thread_exit(void)
{
    stop_task_thread(&stThreadTask);
    printk(KERN_INFO "kernel_thread_exit success.\n");
}

module_init(kernel_thread_init);
module_exit(kernel_thread_exit);

MODULE_LICENSE("GPL"); /*指定代码许可证*/
MODULE_AUTHOR("creed"); /*指定作者*/
MODULE_VERSION("V1.00.00"); /*指定代码修订号*/
MODULE_DESCRIPTION("simple for modules");

4. 总结

本文仅简要介绍了内核线程的使用，内核版本为2.16.7，并未涉及更高级别的内核版本。