Linux内核线程kernel thread详解 _Linux内核

内核线程为什么需要内核线程
linux内核可以看作一个服务进程(管理软硬件资源，响应用户进程的种种合理以及不合理的请求) 。
内核需要多个执行流并行，为了防止可能的阻塞，支持多线程是必要的。
内核线程就是内核的分身，一个分身可以处理一件特定事情。内核线程的调度由内核负责，一个内核线程处于阻塞状态时不影响其他的内核线程，因为其是调度的基本单位。
这与用户线程是不一样的。因为内核线程只运行在内核态
因此，它只能使用大于PAGE_OFFSET（传统的x86_32上是3G）的地址空间。
内核线程概述
内核线程是直接由内核本身启动的进程。内核线程实际上是将内核函数委托给独立的进程，它与内核中的其他进程”并行”执行。内核线程经常被称之为内核守护进程。
他们执行下列任务

周期性地将修改的内存页与页来源块设备同步
如果内存页很少使用，则写入交换区
管理延时动作,　如２号进程接手内核进程的创建
实现文件系统的事务日志

内核线程主要有两种类型

线程启动后一直等待，直至内核请求线程执行某一特定操作。
线程启动后按周期性间隔运行，检测特定资源的使用，在用量超出或低于预置的限制时采取行动。

内核线程由内核自身生成，其特点在于

它们在CPU的管态执行，而不是用户态。
它们只可以访问虚拟地址空间的内核部分（高于TASK_SIZE的所有地址），但不能访问用户空间

内核线程的进程描述符task_struct
task_struct进程描述符中包含两个跟进程地址空间相关的字段mm, active_mm，

struct task_struct
{
// ...
struct mm_struct *mm;
struct mm_struct *avtive_mm;
//...
};

大多数计算机上系统的全部虚拟地址空间分为两个部分: 供用户态程序访问的虚拟地址空间和供内核访问的内核空间。每当内核执行上下文切换时, 虚拟地址空间的用户层部分都会切换, 以便当前运行的进程匹配, 而内核空间不会放生切换。
对于普通用户进程来说，mm指向虚拟地址空间的用户空间部分，而对于内核线程，mm为NULL 。
这位优化提供了一些余地, 可遵循所谓的惰性TLB处理(lazy TLB handing) 。active_mm主要用于优化，由于内核线程不与任何特定的用户层进程相关，内核并不需要倒换虚拟地址空间的用户层部分，保留旧设置即可。由于内核线程之前可能是任何用户层进程在执行，故用户空间部分的内容本质上是随机的，内核线程决不能修改其内容，故将mm设置为NULL，同时如果切换出去的是用户进程，内核将原来进程的mm存放在新内核线程的active_mm中，因为某些时候内核必须知道用户空间当前包含了什么。
为什么没有mm指针的进程称为惰性TLB进程?
假如内核线程之后运行的进程与之前是同一个, 在这种情况下, 内核并不需要修改用户空间地址表。地址转换后备缓冲器(即TLB)中的信息仍然有效。只有在内核线程之后, 执行的进程是与此前不同的用户层进程时, 才需要切换(并对应清除TLB数据) 。
内核线程和普通的进程间的区别在于内核线程没有独立的地址空间，mm指针被设置为NULL；它只在内核空间运行，从来不切换到用户空间去；并且和普通进程一样，可以被调度，也可以被抢占。
内核线程的创建创建内核线程接口的演变
内核线程可以通过两种方式实现：
1、古老的接口 kernel_create和daemonize
将一个函数传递给kernel_thread创建并初始化一个task，该函数接下来负责帮助内核调用daemonize已转换为内核守护进程，daemonize随后完成一些列操作, 如该函数释放其父进程的所有资源，不然这些资源会一直锁定直到线程结束。阻塞信号的接收, 将init用作守护进程的父进程
2、更加现在的方法kthead_create和kthread_run
创建内核更常用的方法是辅助函数kthread_create，该函数创建一个新的内核线程。最初线程是停止的，需要使用wake_up_process启动它。
使用kthread_run，与kthread_create不同的是，其创建新线程后立即唤醒它，其本质就是先用kthread_create创建一个内核线程，然后通过wake_up_process唤醒它
2号进程kthreadd的诞生
早期的kernel_create和daemonize接口
在早期的内核中, 提供了kernel_create和daemonize接口, 但是这种机制操作复杂而且将所有的任务交给内核去完成。
但是这种机制低效而且繁琐, 将所有的操作塞给内核, 我们创建内核线程的初衷不本来就是为了内核分担工作, 减少内核的开销的么