linux内核的kthreadd线程分析一、kthreadd线程的创建二、kthreadd线程入口分析三、新创建的内核线程入口函数kthread分析四、总结与补充
（4-1）kthread_create()函数（4-2）kthread_create与kernel_thread的区别（4-3）kthread_run()函数（4-4）linux内核创建线程的整体过程 五、附录
【注】
（1）本文代码片段出自：linux内核版本4.1.15
（2）本文不对进程和线程加以区别（即在本文中二者有着统一概念）
一、kthreadd线程的创建与init进程一样，在rest_init()函数中将调用kthread_init()函数创建kthreadd线程，如下代码：
pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);二、kthreadd线程入口分析
kthreadd线程的线程入口为kthreadd（/kernel/kthread.c），如下定义：
int kthreadd(void *unused)
{
struct task_struct *tsk = current;
//这些函数会清除当前运行的可执行文件的所有trace，以便启动一个新的trace
set_task_comm(tsk, "kthreadd");
//忽略tsk的信号
ignore_signals(tsk);
//该行代码允许kthreadd在任何CPU上运行
set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpu_all_mask);
//设置由alloc_lock保护的内存空间
set_mems_allowed(node_states[N_MEMORY]);
//设置kthreadd线程不应该被冻结
current->flags |= PF_NOFREEZE;
for (;;) {
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
if (list_empty(&kthread_create_list))
schedule();
__set_current_state(TASK_RUNNING);
spin_lock(&kthread_create_lock);
while (!list_empty(&kthread_create_list)) {
struct kthread_create_info *create;
create = list_entry(kthread_create_list.next,
struct kthread_create_info, list);
list_del_init(&create->list);
spin_unlock(&kthread_create_lock);
//该一步是创建内核线程的关键
create_kthread(create);
spin_lock(&kthread_create_lock);
}
spin_unlock(&kthread_create_lock);
}
return 0;
}
上述第3行代码：使用current获取线程控制块。current定义如下(/include/asm-generic/current.h)：
#define get_current() (current_thread_info()->task) #define current get_current()
上述代码中16-36行代码，for(;;)是kthreadd的核心功能。使用set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);将当前线程设置为TASK_INTERRUPTIBLE状态，如果当前没有要创建的线程（这一步由kthread_create_list实现），则主动调用schedule()执行调度，让出CPU，这部分由17-19行代码实现。否则，kthreadd将处于唤醒状态，那么就需要执行对应的线程创建操作了，这部分功能由23~34行代码实现。
上述代码中，出现了kthread_create_list这个待创建线程链表，定义如下：
static LIST_HEAD(kthread_create_list);
第26~27行代码，使用：
create = list_entry(kthread_create_list.next, struct kthread_create_info, list);
从链表中取得 kthread_create_info 结构的地址。
第31行代码使用create_kthread()创建create代表的内核线程。定义如下（/kernel/kernel.c）：
static void create_kthread(struct kthread_create_info *create)
{
int pid;
#ifdef CONFIG_NUMA
current->pref_node_fork = create->node;
#endif
pid = kernel_thread(kthread, create, CLONE_FS | CLONE_FILES | SIGCHLD);
if (pid < 0) {
struct completion *done = xchg(&create->done, NULL);
if (!done) {
kfree(create);
return;
}
create->result = ERR_PTR(pid);
complete(done);
}
}
在create_kthread()函数中创建线程同样由kernel_thread()函数完成：
pid = kernel_thread(kthread, create, CLONE_FS | CLONE_FILES | SIGCHLD);
可见新创建的线程的入口是kthread，下文将继续分析该线程函数。
三、新创建的内核线程入口函数kthread分析该函数定义在（/kernel/kthead.c）中：
static int kthread(void *_create)
{
//拷贝数据
//将_create代表的kthread_create_info赋值给create
struct kthread_create_info *create = _create;
//设置线程执行的函数指针
int (*threadfn)(void *data) = create->threadfn;
void *data = create->data;
struct completion *done;
struct kthread self;
int ret;
self.flags = 0;
self.data = data;
init_completion(&self.exited);
init_completion(&self.parked);
current->vfork_done = &self.exited;
done = xchg(&create->done, NULL);
if (!done) {
kfree(create);
do_exit(-EINTR);
}
__set_current_state(TASK_UNINTERRUPTIBLE);
create->result = current;
complete(done);
//运行到此处，线程已经创建完毕，调用schedule执行调度，主动让出CPU，唤醒的是调用kthread_create函数的进程。
schedule();
//当本线程（创建的新城）被唤醒后，将继续执行后续代码
ret = -EINTR;
if (!test_bit(KTHREAD_SHOULD_STOP, &self.flags)) {
__kthread_parkme(&self);
ret = threadfn(data);
}
do_exit(ret);
}
创建新 thread 的进程恢复运行 kthread_create() 并且返回新创建线程的任务描述符
新创建的线程由于执行了schedule()调度，此时并没有执行。直到使用wake_up_process(p)；唤醒新创建的线程。当线程被唤醒后, 会接着执行threadfn(data)（即：对应线程的真正线程函数）：
if (!test_bit(KTHREAD_SHOULD_STOP, &self.flags)) {
__kthread_parkme(&self);
//执行创建线程对应的线程函数，传入的参数为data
ret = threadfn(data);
}
四、总结与补充
（4-1）kthread_create()函数
通过以上代码分析，可见最重要的是kthread_create_list这个全局链表。当使用kthread_create()函数创建线程时，最终都会将线程相关资源添加到kthread_create_list链表中。如下代码(/include/linux/kthread.h)：
#define kthread_create(threadfn, data, namefmt, arg...) kthread_create_on_node(threadfn, data, -1, namefmt, ##arg)
由create_kthread()可知，通过kthread_create()入口进来的内核线程创建路径都具有统一的线程函数kthread（）。
而linux内核的2号线程kthreadd正好负责内核线程的调度和管理。所以说创建的内核线程都是直接或间接的以kthread为父进程。
（4-2）kthread_create与kernel_thread的区别在（init/mian.c）中，1号init线程和2号kthreadd线程都是通过kernel_thread()函数创建的，那么kernel_thead()后续会调用do_fork()实现线程相关的创建操作。kernel_thread()函数与kthread_create()创建的内核线程有什么区别呢？
（1）kthread_create()创建的内核线程有干净的上下文环境，适合用于驱动模块或用户空间程序创建内核线程，而不会把某些内核信息暴露给用户空间程序。
（2）二者创建的进程的父进程不同：kthread_create()创建的进程的父进程被指定为kthreadd, 而kernel_thread()创建的进程可以是init或其他内核线程。
kthread_run()函数用于创建并唤醒一个线程，其本质上是调用kthread_create()创建一个线程，并使用wake_up_process()唤醒该线程。定义如下：
#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;
})
（4-4）linux内核创建线程的整体过程
综上，linux内核创建线程的整个过程为：
（1）创建kthread_create_info结构，为其分配空间，指定线程函数，线程相关描述数据等。
（2）将线程的kthread_create_info结构添加到kthread_create_list全局的线程创建链表中，并唤醒2号kthreadd线程。
（3）2号kthreadd线程将从kthread_create_list全局的线程创建链表中取出每一个kthread_create_info结构，然后调用create_kthread()函数创建一个线程函数为kthread的线程。在kthread线程函数中将执行创所建线程指定的线程函数。
五、附录【附录一】
kthread_create_on_cpu()创建一个绑定了CPU的线程：
struct task_struct *kthread_create_on_cpu(int (*threadfn)(void *data),
void *data, unsigned int cpu,
const char *namefmt)
{
struct task_struct *p;
p = kthread_create_on_node(threadfn, data, cpu_to_node(cpu), namefmt,
cpu);
if (IS_ERR(p))
return p;
set_bit(KTHREAD_IS_PER_CPU, &to_kthread(p)->flags);
to_kthread(p)->cpu = cpu;
kthread_park(p);
return p;
}
【附录二】
kthread_create_on_node()函数将操作kthread_create_list链表。kthread_create_on_node()函数的功能是：创建kthread，并将其添加到 kthread_create_list线程创建链表中，并返回对应的task_struct。
struct task_struct *kthread_create_on_node(int (*threadfn)(void *data),
void *data, int node,
const char namefmt[],
...)
{
DECLARE_COMPLETION_ONSTACK(done);
struct task_struct *task;
struct kthread_create_info *create = kmalloc(sizeof(*create),
GFP_KERNEL);
if (!create)
return ERR_PTR(-ENOMEM);
create->threadfn = threadfn;
create->data = data;
create->node = node;
create->done = &done;
spin_lock(&kthread_create_lock);
list_add_tail(&create->list, &kthread_create_list);
spin_unlock(&kthread_create_lock);
wake_up_process(kthreadd_task);
if (unlikely(wait_for_completion_killable(&done))) {
if (xchg(&create->done, NULL))
return ERR_PTR(-EINTR);
wait_for_completion(&done);
}
task = create->result;
if (!IS_ERR(task)) {
static const struct sched_param param = { .sched_priority = 0 };
va_list args;
va_start(args, namefmt);
vsnprintf(task->comm, sizeof(task->comm), namefmt, args);
va_end(args);
sched_setscheduler_nocheck(task, SCHED_NORMAL, ¶m);
set_cpus_allowed_ptr(task, cpu_all_mask);
}
kfree(create);
return task;
}
kthread_create_on_node()函数的本质则是创建kthread_create_info结构，并将其添加到kthread_create_list全局链表中（/kernel/kthread.h）：
struct kthread_create_info
{
int (*threadfn)(void *data);
void *data;
int node;
struct task_struct *result;
struct completion *done;
struct list_head list;
};
