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Linux内核学习之2号进程kthreadd

作者:互联网

  • Author       : Toney
  • Email         : vip_13031075266@163.com
  • Date          : 2020.12.04
  • Copyright : 未经同意不得转载!!!
  • Version    : Linux-4.19.y
  • Reference:https://www.linux.org/

目录

一、Linux的2号进程

二、kthreadd进程的创建

三、kthreadd进程执行体

四、create_kthread函数

五、小结


一、Linux的2号进程

说起Linux进程,学习Linux系统的大部分人都知道1号进程为init进程,人们就是这样只记得第一,却很少人记得第二。(经典问题:第一个宇航员是加加林,第二呢? 世界最高峰为珠穆朗玛峰,第二、第三、第四呢?…经典翻车问题)。下面直接看看2号进程:

UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD

root          1      0  0 11月21 ?      00:00:17 /sbin/init splash

root          2      0  0 11月21 ?      00:00:00 [kthreadd]

root          3      2  0 11月21 ?      00:00:00 [rcu_gp]

root          4      2  0 11月21 ?      00:00:00 [rcu_par_gp]

root          6      2  0 11月21 ?      00:00:00 [kworker/0:0H-kb]

root         10      2  0 11月21 ?      00:00:15 [ksoftirqd/0]

root         24      2  0 11月21 ?      00:00:00 [khugepaged]

root         71      2  0 11月21 ?      00:00:00 [kblockd]

root         78      2  0 11月21 ?      00:00:00 [watchdogd]

root        138      2  0 11月21 ?      00:00:00 [kworker/u257:0]

root        151      2  0 11月21 ?      00:00:00 [charger_manager]

root        228      2  0 11月21 ?      00:00:01 [irq/16-vmwgfx]

root        229      2  0 11月21 ?      00:00:00 [scsi_tmf_7]

root        230      2  0 11月21 ?      00:00:00 [ttm_swap]

是的,kthreadd就是Linux的2号进程,这个进程在Linux内核中非常的重要,他是其他内核线程的父进程或者祖先进程(这个可以通过上面的PPID为2的进程可以看出,这些重要线程包括kworker、kblockd、khugepaged…),下面便慢慢来介绍下kthreadd进程。

二、kthreadd进程的创建

kthreadd进程是在内核初始化start_kernel()的最后rest_init()函数中,由0号进程(swapper进程)创建了两个进程:

内核中的其他线程PPID都是2, 说明这些线程都是由kthreadd进程创建的,因此可以说kthreadd进程负责内核线程的创建、维护等工作,是其他线程的基础。实际上也确实如此,kthreadd就是专门负责内核线程管理工作的。

static noinline void __ref rest_init(void)

{

     struct task_struct *tsk;

     int pid;

     … …

     rcu_scheduler_starting();

     pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);

     … …

     pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);

     … …

     complete(&kthreadd_done);/*等待kthreadd创建完毕*/

}/*linux-4.19*/

由于Linux-2.6.12版本中rest_init函数中只创建了init进程,而kthreadd进程的创建我没有找到,因此这里引用了Linux-4.19版本中的rest_init函数部分代码。这个版本中清楚的显示了创建init进程和kthreadd进程。

创建完毕后,Linux系统需要借助ktheadd进程实现腾飞,因此在这里等待kthreadd进程创建完毕。

三、kthreadd进程执行体

在创建线程时,是需要传递线程执行函数的,从rest_init()中使用kernel_thread创建线程可知kthreadd线程执行体是kthreadd()函数。

int kthreadd(void *unused)
{
	struct task_struct *tsk = current;

	/* Setup a clean context for our children to inherit. */
	set_task_comm(tsk, "kthreadd");
	ignore_signals(tsk);
	set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpu_all_mask);/*允许kthreadd在任意cpu上执行*/
	set_mems_allowed(node_states[N_MEMORY]);

	current->flags |= PF_NOFREEZE;
	cgroup_init_kthreadd();

	for (;;) {
		set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);/*将当前状态设置为可中断*/
		if (list_empty(&kthread_create_list))/*如果没有线程需要创建,则主动出让cpu*/
			schedule();
		__set_current_state(TASK_RUNNING);/*有线程需要创建,更新运行状态*/

		spin_lock(&kthread_create_lock);/*加锁保护队列*/
		while (!list_empty(&kthread_create_list)) {/*依次取出任务*/
			struct kthread_create_info *create;

			create = list_entry(kthread_create_list.next,
					    struct kthread_create_info, list);
			list_del_init(&create->list);/*从任务列表中摘除*/
			spin_unlock(&kthread_create_lock);

			create_kthread(create);/*创建线程*/

			spin_lock(&kthread_create_lock);
		}
		spin_unlock(&kthread_create_lock);/*去锁*/
	}

	return 0;
}

从上述代码中可以看出:kthreadd进程的任务就是等待创建线程,如果任务队列为空,则线程主动让出cpu(调用schedule后会让出cpu,本线程会睡眠):如果不为空,则依次从任务队列中取出任务,然后创建相应的线程。如此往复,直到永远…

四、create_kthread函数

在create_kthread函数中会通过调用kernel_thread函数来创建新进程,且新进程的执行函数为kthread(所有经过kthreadd进程创建的进程执行体都为kthead, 看名字有点晕哈…)。

static void create_kthread(struct kthread_create_info *create)
{
	int pid;

#ifdef CONFIG_NUMA
	current->pref_node_fork = create->node;
#endif
	/* We want our own signal handler (we take no signals by default). */
	pid = kernel_thread(kthread, create, CLONE_FS | CLONE_FILES | SIGCHLD);/*开始创建线程,会阻塞*/
	if (pid < 0) {
		/* If user was SIGKILLed, I release the structure. */
		struct completion *done = xchg(&create->done, NULL);

		if (!done) {
			kfree(create);
			return;
		}
		create->result = ERR_PTR(pid);
		complete(done);
	}
}

kernel_thread接口刚才在rest_init接口中遇到过,内核就是通过kernel_thread接口创建的init进程和kthreadd进程。这里再次使用它创建新线程,新的线程执行体统一为kthead。下面我们看看kthread函数的内容:

static int kthread(void *_create)
{
	/* Copy data: it's on kthread's stack */
	struct kthread_create_info *create = _create;
	int (*threadfn)(void *data) = create->threadfn;
	void *data = create->data;
	struct completion *done;
	struct kthread *self;
	int ret;

	self = kzalloc(sizeof(*self), GFP_KERNEL);
	set_kthread_struct(self);

	/* If user was SIGKILLed, I release the structure. */
	done = xchg(&create->done, NULL);
	if (!done) {
		kfree(create);
		do_exit(-EINTR);
	}

	if (!self) {
		create->result = ERR_PTR(-ENOMEM);
		complete(done);
		do_exit(-ENOMEM);
	}

	self->data = data;
	init_completion(&self->exited);
	init_completion(&self->parked);
	current->vfork_done = &self->exited;

	/* OK, tell user we're spawned, wait for stop or wakeup */
	__set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
	create->result = current;
	complete(done);
	schedule();/*睡眠,一直。直到被唤醒*/

	ret = -EINTR;
	if (!test_bit(KTHREAD_SHOULD_STOP, &self->flags)) {/*唤醒后如果此线程不需要stop*/
		cgroup_kthread_ready();
		__kthread_parkme(self);
		ret = threadfn(data);/*执行指定的函数体*/
	}
	do_exit(ret);
}

从kthread函数可以看出,新线程创建成功后,会一直睡眠(使用schedule主动让出CPU并睡眠),直到有人唤醒它(wake_up_process);线程被唤醒后,并且不需要stop, 则执行指定的函数体( threadfn(data) )。

五、小结

我使用一幅图来简单的描述下内核中kthreadd的工作流程:

上图中显示了内核创建线程的基本流程:

①某一个线程A(左上那个圈)调用kthread_create函数来创建新线程,调用后阻塞;kthread_create会将任务封装后添加到kthreadd监控的工作队列中;

②kthreadd进程检测到工作队列中有任务,则结束休眠状态,通过调用create_kthread函数创建线程,最后调用到kernel_thread --> do_fork来创建线程,且新线程执行体为kthead

③新线程创建成功后,执行kthead,kthreadd线程则继续睡眠等待创建新进程;

④线程A调用kthread_create返回后,在合适的时候通过wake_up_process(pid)来唤醒新创建的线程

⑤新创建的线程在kthead执行体中被唤醒,检测到是否需要stop,在不需要stop时,执行用户指定的线程执行体。(线程执行体发生了变化:先执行默认的kthead,然后才是用户指定的threadfn,当然也可能直接执行do_exit退出线程)

标签:kthread,00,create,线程,内核,Linux,进程,kthreadd
来源: https://blog.51cto.com/u_13291771/2695374