内核线程看守者：创建一个周期性打印状态的内核线程

项目概述

在本项目中，我们将创建一个Linux内核模块，该模块会启动一个内核线程。这个线程将作为一个"看守者"，每隔10秒打印一次自己的状态信息，包括线程ID、运行状态等。

关键技术点

技术点	说明
内核线程创建	使用kthread_create()或kthread_run()函数创建内核线程
线程函数编写	实现线程的主要逻辑，包括循环和休眠
延时机制	使用msleep()或ssleep()实现线程休眠
状态信息获取	获取并打印线程的ID、名称、状态等信息

实现步骤

1. 包含必要的头文件
2. 定义线程函数，实现周期性打印逻辑
3. 在模块初始化函数中创建并唤醒线程
4. 在模块退出函数中停止并清理线程
5. 编写Makefile文件
6. 编译、加载和测试模块

代码实现

#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kthread.h>
#include <linux/delay.h>

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("内核线程看守者示例");

static struct task_struct *watchdog_thread;

// 线程函数
static int watchdog_thread_func(void *data)
{
    while (!kthread_should_stop()) {
        // 打印线程信息
        printk(KERN_INFO "看门狗线程[%s] ID:%d 正在运行\n", 
               current->comm, current->pid);
        
        // 休眠10秒
        ssleep(10);
    }
    
    printk(KERN_INFO "看门狗线程退出\n");
    return 0;
}

// 模块初始化函数
static int __init watchdog_init(void)
{
    printk(KERN_INFO "初始化看门狗模块\n");
    
    // 创建内核线程
    watchdog_thread = kthread_create(watchdog_thread_func, NULL, "my_watchdog");
    if (IS_ERR(watchdog_thread)) {
        printk(KERN_ERR "无法创建看门狗线程\n");
        return PTR_ERR(watchdog_thread);
    }
    
    // 唤醒线程
    wake_up_process(watchdog_thread);
    printk(KERN_INFO "看门狗线程已启动\n");
    
    return 0;
}

// 模块退出函数
static void __exit watchdog_exit(void)
{
    printk(KERN_INFO "卸载看门狗模块\n");
    
    // 停止线程
    if (watchdog_thread) {
        kthread_stop(watchdog_thread);
        printk(KERN_INFO "看门狗线程已停止\n");
    }
}

module_init(watchdog_init);
module_exit(watchdog_exit);

Makefile示例

obj-m := watchdog.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)

all:
    $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) modules

clean:
    $(MAKE) -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

测试方法

1. 使用make命令编译模块
2. 使用sudo insmod watchdog.ko加载模块
3. 使用dmesg命令查看内核日志，确认线程已启动
4. 等待10秒，再次查看日志，确认周期性输出
5. 使用sudo rmmod watchdog卸载模块

注意事项

• 内核线程没有用户空间，不能调用用户空间的函数
• 确保线程能够正确响应停止请求，避免模块无法卸载
• 在生产环境中，需要考虑线程的优先级和调度策略
• 使用printk输出信息时要注意日志级别，避免产生过多日志

扩展思考

• 如何让线程根据外部信号调整打印间隔？
• 如何让线程监控其他内核对象的状态？
• 如何实现多个看守者线程协同工作？
• 如何通过proc文件系统提供线程状态的用户接口？