linux kthread任务管理

news2024/10/6 2:46:25

一、linux 创建内核线程

1.1 kthread_create

在 linux 中，可以使用 kthread_create 接口创建内核线程，该接口原型如下：

struct task_struct *kthread_create(int (*threadfn)(void *data), void *data, const char namefmt[], ...);

入参含义：

- threadfn：线程函数的入口点。
- data：传递给线程函数的参数。
- namefmt：线程的名字，可以用格式化字符串指定。

示例代码：

#include <linux/kthread.h>
#include <linux/delay.h>

// 线程函数
int thread_function(void *data) {
    while (!kthread_should_stop()) {
        // 线程的主要工作
        pr_info("Thread is running\n");
        ssleep(5); // 休眠5秒
    }
    return 0;
}

// 在合适的地方创建线程
struct task_struct *task;
task = kthread_create(thread_function, NULL, "my_thread");
if (!IS_ERR(task)) {
    wake_up_process(task); // 启动线程
}

1.2 kthread_create_worker + kthread_queue_work

kthread_create_worker 主要用于创建一个用于管理工作队列的工作线程。
函数原型：

struct kthread_worker *kthread_create_worker(unsigned int flags, const char namefmt[], ...);

入参含义：

- flags：创建worker时的标志。
- namefmt：worker的名称。

kthread_queue_work 用于将一个工作项添加到由kthread_worker 管理的工作队列中。
函数原型：

void kthread_queue_work(struct kthread_worker *worker, struct kthread_work *work);

入参含义：

-worker：目标worker。
-work：要执行的工作。

示例代码：

#include <linux/kthread.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/slab.h>

static struct kthread_worker *worker;
static struct kthread_work work;

void work_function(struct kthread_work *work) {
    pr_info("Work function is running\n");
}

int __init my_module_init(void) {
    worker = kthread_create_worker(0, "my_worker");
    if (IS_ERR(worker)) {
        pr_err("Failed to create kthread worker\n");
        return PTR_ERR(worker);
    }
    // 初始化工作
    kthread_init_work(&work, work_function);
    // 将工作排队
    kthread_queue_work(worker, &work);
    return 0;
}

void __exit my_module_exit(void) {
    kthread_destroy_worker(worker);
}

module_init(my_module_init);
module_exit(my_module_exit);

上述示例代码中，

kthread_create_worker创建一个工作队列kthread_worker ；
kthread_queue_work 将一个工作项 kthread_work 添加到工作队列 kthread_worker;
每调用一次 kthread_queue_work(worker, &work);，工作项 kthread_work 对应的执行函数 work_function 就会得到一次调用。

二、设置线程优先级和调度策略

2.1 sched_setscheduler

sched_setscheduler 接口是 linux 内核中，设置特定线程或进程优先级和调度策略的接口。函数原型：

int sched_setscheduler(struct task_struct *p, int policy, const struct sched_param *param);

入参说明

- p：指向目标任务（线程或进程）的 task_struct 结构体的指针。
- policy：调度策略。
- param：指向 sched_param 结构体的指针，包含了调度参数，如优先级。

kthread_create_worker + sched_setscheduler 创建线程并设置调度策略和优先级：

static int __init my_module_init(void) {
    struct sched_param param;
    int ret;
    // 创建内核线程工作队列
    my_worker = kthread_create_worker(0, "my_worker");
    // 获取内核线程的task_struct
    my_worker_thread = my_worker->task;
    // 设置调度策略和优先级
    param.sched_priority = MAX_RT_PRIO - 1;  // 设置为最高实时优先级
    ret = sched_setscheduler(my_worker_thread, SCHED_FIFO, &param);
    return 0;
}

kthread_create + sched_setscheduler 创建线程并设置调度策略和优先级：

// 线程函数
static int thread_function(void *data) {
    while (!kthread_should_stop()) {
    }
    return 0;
}

static int __init my_module_init(void) {
    struct sched_param param;
    int ret;

    // 创建内核线程
    my_thread = kthread_create(thread_function, NULL, "my_thread");

    // 设置调度策略和优先级
    param.sched_priority = MAX_RT_PRIO - 1;  // 设置为最高实时优先级
    ret = sched_setscheduler(my_thread, SCHED_FIFO, &param);

    // 启动内核线程
    wake_up_process(my_thread);

    return 0;
}

2.2 调度策略

SCHED_NORMAL：普通调度策略，也称为 SCHED_OTHER。Linux 默认的普通任务调度策略，基于时间片轮转调度算法，适用于大多数用户进程和内核线程。
SCHED_FIFO：先进先出调度策略。使用该策略时，系统优先调用高优先级的任务，想通优先级的任务按照先到先服务的顺序执行，只有在队列中所有优先级最高的任务都执行完或者放弃 CPU 后，才会执行其他任务。优先级使用 sched_param 结构中的 sched_priority 成员设置，值越小优先级越高（0 最高）。
SCHED_RR：循环调度策略。优先高优先级任务+相同优先级先进先出+每个任务时间片轮转，类似于 SCHED_FIFO，但每个任务有一个时间片，如果任务在该时间片内没有运行完毕，会将任务移到队列末尾等待下一轮调度。也可以通过 sched_param 结构的 sched_priority 设置优先级。
SCHED_BATCH：用于低优先级任务的批处理。用于大量计算密集型任务，通常在系统负载较低时，调度器会执行 SCHED_BATCH 线程。
SCHED_IDLE：专为低优先级的后台任务设计。只有在没有其他更重要的任务需要执行时，才会考虑执行 SCHED_IDLE 线程。
SCHED_DEADLINE：允许任务在预定的截止时间内完成执行，以满足实时系统对任务响应时间的严格要求。deadline 调度策略为每个任务分配固定的 CPU 时间片（Budget），并指定每个周期内允许执行的最大时间量（Period）。