Linux内核编程中通过kthread_create创建内核线程

前言

在开发Linux的内核驱动或内核模块时，有时候需要创建一个内核线程来做特定的循环动作，比如通过循环拉高拉低gpio设置成方波输出的信号来模拟pwm信号，比如循环控制led的闪灯效果等等。内核线程是工作在内核空间的，不属于任何一个进程，可以发生睡眠，可以通过内核线程创建函数kthread_create来创建内核线程。

相关头文件

内和线程的相关头文件和源码目录如下：

include/linux/kthread.h 
kernel/kthread.c

创建并启动内核线程

kthread_create只是创建内核线程，需要使用wake_up_process函数进行启动，另外，宏函数kthread_run可以执行创建并启动内核线程。

struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data),
                               void *data,
                               const char namefmt[], ...);
 
/**
 * kthread_run - create and wake a thread.
 * @threadfn: the function to run until signal_pending(current).
 * @data: data ptr for @threadfn.
 * @namefmt: printf-style name for the thread.
 *
 * Description: Convenient wrapper for kthread_create() followed by
 * wake_up_process().  Returns the kthread or ERR_PTR(-ENOMEM).
 */
#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;                                                     \
})

其中kthread_create()只创建了一个内核线程，并没有启动，需要调用函数wake_up_process()来启动线程，所以内核又帮我们定义了一个宏kthread_run来创建和启动内核线程。内核线程创建成功后，会返回一个struct task_struct对象指针，可以在后续使用这个对象指针进行操作。

关闭内核线程

使用到kthread_stop函数：

int kthread_stop(struct task_struct *k);

这个函数是会阻塞等待，直到内核线程退出。该函数内部会调用wait_for_completion(）的方法（通过等待队列来实现），阻塞等待内核线程自身的退出。
如果该内核线程已经被设置stop标志了，则会返回1，否则返回0。

完整示例

代码

这里列举一个使用内核线程的简单的demo代码，可作为参考：
demo代码实现的是在模块初始化的时候创建一个内核线程，此内核线程的功能是每隔5秒中打印一条log信息。当我们卸载模块的时候，会关闭该内核线程。

#include linux/module.h
#include linux/kthread.h
#include linux/delay.h


#define ENTER() printk(KERN_DEBUG %s() Enter, __func__)
#define EXIT() printk(KERN_DEBUG %s() Exit, __func__)
#define ERR(fmt, args...) printk(KERN_ERR %s()-%d:  fmt \n, __func__, __LINE__, ##args)
#define DBG(fmt, args...) printk(KERN_DEBUG %s()-%d:  fmt \n, __func__, __LINE__, ##args)

static struct task_struct *test_kthread = NULL;    //定义一个task_struct结构体指针，赋值为NULL

static int kthread_test_func(void* param)   //内核线程函数
{
        ENTER();
        while (!kthread_should_stop()) {
                DBG(hello kthread is running);
                msleep(5000);
        }

        EXIT();
        return 0;
}

static __init int kthread_test_init(void)
{
        ENTER();

        test_kthread = kthread_run(kthread_test_func, NULL, kthread-demo);  //创建线程kthread-demo，并且运行
        if (!test_kthread) {
                ERR(kthread_run failed!);
                return -ECHILD;
        }

        EXIT();
        return 0;
}

static __exit void kthread_test_exit(void)
{
        ENTER();
        if (test_kthread) {
                DBG(kthread_stop);
                kthread_stop(test_kthread); //停止内核线程
                test_kthread = NULL;
        }

        EXIT();
}

module_init(kthread_test_init);
module_exit(kthread_test_exit);

MODULE_AUTHOR(ferris, ferris@coder-feng.com);
MODULE_DESCRIPTION(Device_create Driver);
MODULE_LICENSE(GPL);

编译Makefile

编译内核模块kthread-demo.ko的Makefile如下：

KERNEL_DIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
obj-m := kthread-demo.o
driver:
        make -C $(KERNEL_DIR) M=pwd modules
clean:
        make -C $(KERNEL_DIR) M=pwd clean

执行make，如果没有报错，生成kthread-demo.ko模块。

安装内核模块

然后执行内核模块安装命令：

sudo insmod kthread-demo.ko

通过dmesg命令查看内核输出日志，如下：

[5185.050096] kthread_test_init() Enter
[5185.051063] kthread_test_init() Exit
[5185.075036] kthread_test_func() Enter
[5185.075039] kthread_test_func()-17: hello kthread is running
[5190.108482] kthread_test_func()-17: hello kthread is running
[5195.225114] kthread_test_func()-17: hello kthread is running
[5200.344320] kthread_test_func()-17: hello kthread is running
[5205.464569] kthread_test_func()-17: hello kthread is running