內核的等待隊列
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1.
等待隊列在內核中有著(zhù)極其重要的作用，作為異步操作，他的實(shí)現簡(jiǎn)單而又強大
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它通過(guò)一個(gè)雙鏈表和把等待tast的頭，和等待的進(jìn)程列表鏈接起來(lái)從上圖可以清晰看到所以我們知道，如果要實(shí)現一個(gè)等待隊列，首先要有兩個(gè)部分隊列頭和隊列項下面看他們的數據結構
struct list_head {
struct list_head *next, *prev;
};
struct __wait_queue_head {
spinlock_t lock;
struct list_head task_list;
};
typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;
struct __wait_queue {
unsigned int flags;
#define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01
void *private;//2.6版本是采用void指針，而以前的版本是struct task_struct * task;
//實(shí)際在用的時(shí)候，仍然把private賦值為task
wait_queue_func_t func;
struct list_head task_list;
};
typedef struct __wait_queue wait_queue_t;
所以隊列頭和隊列項是通過(guò)list_head聯(lián)系到一起的，list_head是一個(gè)雙向鏈表，在linux內核中有著(zhù)廣泛的應用并且在list.h中對它有著(zhù)很多的操作
2.對列頭和隊列項的初始化：
/*
* Macros for declaration and initialisaton of the datatypes
*/
#define __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) { \
.private = tsk, \
.func = default_wake_function, \
.task_list = { NULL, NULL } }
//這個(gè)是初始化一個(gè)隊列項，設定tast_list鏈表前后都是空，說(shuō)明還沒(méi)有加入到鏈表里面
//私有數據private為任務(wù)的任務(wù)結構
//這個(gè)宏說(shuō)聲明和初始化都同時(shí)做了如果不愿意這樣的話(huà)，可以先聲明，然后通過(guò)
//init_waitqueue_entry進(jìn)行完成
#define DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) \
wait_queue_t tsk)
#define __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) { \
.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.lock), \
.task_list = { &(name).task_list, &(name).task_list } }
//聲明一個(gè)隊列頭，讓他的鏈表前后都指向自己，這個(gè)時(shí)候還沒(méi)有加入任何的鏈表項
//這個(gè)宏說(shuō)聲明和初始化都同時(shí)做了如果不愿意這樣的話(huà)，可以先聲明，然后通過(guò)
//init_waitqueue_head進(jìn)行完成
#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \
wait_queue_head_t >
#define __WAIT_BIT_KEY_INITIALIZER(word, bit) \
{ .flags = word, .bit_nr = bit, }
extern void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q);
static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q, struct task_struct *p)
{
q->flags = 0;
q->private = p;
q->func = default_wake_function;
}
//將指定的等待隊列項new添加到等待隊列頭head所在的鏈表頭部，該函數假設已經(jīng)獲得鎖
static inline void __add_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new)
{
list_add(&new->task_list, &head->task_list);
}
/*
* Used for wake-one threads:
*/
//將指定的等待隊列項new添加到等待隊列頭head所在的鏈表尾部，該函數假設已經(jīng)獲得鎖
//其實(shí)因為隊列是個(gè)環(huán)形隊列，所以head是頭，head的錢(qián)一個(gè)就可以認為是尾，當然，環(huán)形也無(wú)所//謂頭尾了
static inline void __add_wait_queue_tail(wait_queue_head_t *head,
wait_queue_t *new)
{
list_add_tail(&new->task_list, &head->task_list);
}
static inline void __remove_wait_queue(wait_queue_head_t *head,
wait_queue_t *old)
{
list_del(&old->task_list);
}
3.睡眠和喚醒操作
對等待隊列的操作包括睡眠和喚醒（相關(guān)函數保存在源代碼樹(shù)的/kernel/sched.c和include/linux/sched.h中）思想是更改當前進(jìn)程（CURRENT）的任務(wù)狀態(tài)，并要求重新調度，因為這時(shí)這個(gè)進(jìn)程的狀態(tài)已經(jīng)改變，不再在調度表的就緒隊列中，因此無(wú)法再獲得執行機會(huì )，進(jìn)入" 睡眠"狀態(tài)，直至被"喚醒"，即其任務(wù)狀態(tài)重新被修改回就緒態(tài)
常用的睡眠操作有interruptible_sleep_on和 sleep_on兩個(gè)函數類(lèi)似，只不過(guò)前者將進(jìn)程的狀態(tài)從就緒態(tài)（TASK_RUNNING）設置為T(mén)ASK_INTERRUPTIBLE，允許通過(guò)發(fā)送signal喚醒它（即可中斷的睡眠狀態(tài)）；而后者將進(jìn)程的狀態(tài)設置為T(mén)ASK_UNINTERRUPTIBLE，在這種狀態(tài)下，不接收任何 singal在一般情況下，我們要采用可以中斷的sleep
interruptible_sleep_on宏代碼如下：
//首先定義隊列項，然后對隊列項進(jìn)行初始化，任務(wù)結構設定為當前進(jìn)程的任務(wù)結構
#define SLEEP_ON_VAR \
unsigned long flags; \
wait_queue_t wait; \
init_waitqueue_entry(&wait, current);
//然后把隊列項加入到隊列頭中
#define SLEEP_ON_HEAD \
spin_lock_irqsave(&q->lock,flags); \
__add_wait_queue(q, &wait); \
spin_unlock(&q->lock);
//喚醒之后要把隊列項從隊列頭上刪除
#define SLEEP_ON_TAIL \
spin_lock_irq(&q->lock); \
__remove_wait_queue(q, &wait); \
spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
void fastcall __sched interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *q)
{
SLEEP_ON_VAR
current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
SLEEP_ON_HEAD
schedule();
SLEEP_ON_TAIL
}
對應的喚醒操作包括wake_up_interruptible和wake_upwake_up函數不僅可以喚醒狀態(tài)為 TASK_UNINTERRUPTIBLE的進(jìn)程，而且可以喚醒狀態(tài)為T(mén)ASK_INTERRUPTIBLE的進(jìn)程 wake_up_interruptible只負責喚醒狀態(tài)為T(mén)ASK_INTERRUPTIBLE的進(jìn)程這兩個(gè)宏的定義如下：
#define wake_up(x)__wake_up((x),TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
#define wake_up_interruptible(x) __wake_up((x),TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
__wake_up函數主要是獲取隊列操作的鎖，具體工作是調用__wake_up_common完成的
/**
* __wake_up - wake up threads blocked on a waitqueue.
* @q: the waitqueue喚醒的隊列的隊列頭
* @mode: which threads 喚醒那種類(lèi)型的等待隊列，如：可中斷和不可中斷
* @nr_exclusive: how many wake-one or wake-many threads to wake up
* @key: is directly passed to the wakeup function
*/
void fastcall __wake_up(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode,
int nr_exclusive, void *key)
{
unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
__wake_up_common(q, mode, nr_exclusive, 0, key);
spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
}
/*
* The core wakeup function. Non-exclusive wakeups (nr_exclusive == 0) just
* wake everything up. If it's an exclusive wakeup (nr_exclusive == small +ve
* number) then we wake all the non-exclusive tasks and one exclusive task.
*
* There are circumstances in which we can try to wake a task which has already
* started to run but is not in state TASK_RUNNING. try_to_wake_up() returns
* zero in this (rare) case, and we handle it by continuing to scan the queue.
*/
static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode,
int nr_exclusive, int sync, void *key)
{
struct list_head *tmp, *next;
list_for_each_safe(tmp, next, &q->task_list) {
wait_queue_t *curr = list_entry(tmp, wait_queue_t, task_list);
unsigned flags = curr->flags;
//這里的func實(shí)際上是
//int default_wake_function(wait_queue_t *curr, unsigned mode, int sync,
// void *key)
//{喚醒一個(gè)進(jìn)程，將它放到運行隊列中，如果它還不在運行隊列的話(huà)"當前"進(jìn)程總是在運行隊列中的
// return try_to_wake_up(curr->private, mode, sync);
//}
if (curr->func(curr, mode, sync, key) &&
(flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive)
break;
}
}
4.等待隊列的應用
等待隊列的的應用涉及兩個(gè)進(jìn)程，假設為A和BA是資源的消費者，B是資源的生產(chǎn)者A在消費的時(shí)候必須確保資源已經(jīng)生產(chǎn)出來(lái)，為此定義一個(gè)資源等待隊列這個(gè)隊列同時(shí)要被進(jìn)程A和進(jìn)程B使用，我們可以將它定義為一個(gè)全局變量
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(rsc_queue); /* 全局變量 */
在進(jìn)程A中，執行邏輯如下：
while (resource is unavaiable) {
interruptible_sleep_on( &wq );
}
consume_resource();
在進(jìn)程B中，執行邏輯如下：
produce_resource();
wake_up_interruptible( &wq );
引文來(lái)源
內核的等待隊列 - Linux內核編程 - creator的天空----------------------------
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