你知道linux的工作隊(duì)列？

1. 什么是workqueue

?????? Linux中的Workqueue機(jī)制就是為了簡化內(nèi)核線程的創(chuàng)建。通過調(diào)用workqueue的接口就能創(chuàng)建內(nèi)核線程。并且可以根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)CPU的個(gè)數(shù)創(chuàng)建線程的數(shù)量，使得線程處理的事務(wù)能夠并行化。workqueue是內(nèi)核中實(shí)現(xiàn)簡單而有效的機(jī)制，他顯然簡化了內(nèi)核daemon的創(chuàng)建，方便了用戶的編程.

????? 工作隊(duì)列（workqueue）是另外一種將工作推后執(zhí)行的形式.工作隊(duì)列可以把工作推后，交由一個(gè)內(nèi)核線程去執(zhí)行，也就是說，這個(gè)下半部分可以在進(jìn)程上下文中執(zhí)行。最重要的就是工作隊(duì)列允許被重新調(diào)度甚至是睡眠。

2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
???? 我們把推后執(zhí)行的任務(wù)叫做工作（work），描述它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為work_struct:

struct?work_struct?{??

????atomic_long_t?data;???????/*工作處理函數(shù)func的參數(shù)*/??

#define?WORK_STRUCT_PENDING?0????????/*?T?if?work?item?pending?execution?*/??

#define?WORK_STRUCT_STATIC?1????????/*?static?initializer?(debugobjects)?*/??

#define?WORK_STRUCT_FLAG_MASK?(3UL)??

#define?WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK?(~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)??

????struct?list_head?entry;????????/*連接工作的指針*/??

????work_func_t?func;??????????????/*工作處理函數(shù)*/??

#ifdef?CONFIG_LOCKDEP??

????struct?lockdep_map?lockdep_map;??

#endif??

};??

????? 這些工作以隊(duì)列結(jié)構(gòu)組織成工作隊(duì)列（workqueue），其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為workqueue_struct:

[cpp]?view plain?copy

struct?workqueue_struct?{??

?struct?cpu_workqueue_struct?*cpu_wq;??

?struct?list_head?list;??

?const?char?*name;???/*workqueue?name*/??

?int?singlethread;???/*是不是單線程?-?單線程我們首選第一個(gè)CPU?-0表示采用默認(rèn)的工作者線程event*/??

?int?freezeable;??/*?Freeze?threads?during?suspend?*/??

?int?rt;??

};???

???? 如果是多線程，Linux根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)CPU的個(gè)數(shù)創(chuàng)建cpu_workqueue_struct 其結(jié)構(gòu)體就是:

[cpp]?view plain?copy

truct?cpu_workqueue_struct?{??

?spinlock_t?lock;/*因?yàn)楣ぷ髡呔€程需要頻繁的處理連接到其上的工作，所以需要枷鎖保護(hù)*/??

?struct?list_head?worklist;??

?wait_queue_head_t?more_work;??

?struct?work_struct?*current_work;?/*當(dāng)前的work*/??

?struct?workqueue_struct?*wq;???/*所屬的workqueue*/??

?struct?task_struct?*thread;?/*任務(wù)的上下文*/??

}?____cacheline_aligned;??

?????? 在該結(jié)構(gòu)主要維護(hù)了一個(gè)任務(wù)隊(duì)列，以及內(nèi)核線程需要睡眠的等待隊(duì)列，另外還維護(hù)了一個(gè)任務(wù)上下文，即task_struct。
?????? 三者之間的關(guān)系如下：

3. 創(chuàng)建工作
3.1 創(chuàng)建工作queue
a. create_singlethread_workqueue(name)
??????? 該函數(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)制如下圖所示，函數(shù)返回一個(gè)類型為struct workqueue_struct的指針變量，該指針變量所指向的內(nèi)存地址在函數(shù)內(nèi)部調(diào)用kzalloc動(dòng)態(tài)生成。所以driver在不再使用該work queue的情況下調(diào)用:

??????? void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)來釋放此處的內(nèi)存地址。

??????? 圖中的cwq是一per-CPU類型的地址空間。對(duì)于create_singlethread_workqueue而言，即使是對(duì)于多CPU系統(tǒng)，內(nèi)核也只負(fù)責(zé)創(chuàng)建一個(gè)worker_thread內(nèi)核進(jìn)程。該內(nèi)核進(jìn)程被創(chuàng)建之后，會(huì)先定義一個(gè)圖中的wait節(jié)點(diǎn)，然后在一循環(huán)體中檢查cwq中的worklist，如果該隊(duì)列為空，那么就會(huì)把wait節(jié)點(diǎn)加入到cwq中的more_work中，然后休眠在該等待隊(duì)列中。

??????? Driver調(diào)用queue_work（struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work）向wq中加入工作節(jié)點(diǎn)。work會(huì)依次加在cwq->worklist所指向的鏈表中。queue_work向cwq->worklist中加入一個(gè)work節(jié)點(diǎn)，同時(shí)會(huì)調(diào)用wake_up來喚醒休眠在cwq->more_work上的worker_thread進(jìn)程。wake_up會(huì)先調(diào)用wait節(jié)點(diǎn)上的autoremove_wake_function函數(shù)，然后將wait節(jié)點(diǎn)從cwq->more_work中移走。

??????? worker_thread再次被調(diào)度，開始處理cwq->worklist中的所有work節(jié)點(diǎn)...當(dāng)所有work節(jié)點(diǎn)處理完畢，worker_thread重新將wait節(jié)點(diǎn)加入到cwq->more_work，然后再次休眠在該等待隊(duì)列中直到Driver調(diào)用queue_work...

b. create_workqueue

???????相對(duì)于create_singlethread_workqueue, create_workqueue同樣會(huì)分配一個(gè)wq的工作隊(duì)列，但是不同之處在于，對(duì)于多CPU系統(tǒng)而言，對(duì)每一個(gè)CPU，都會(huì)為之創(chuàng)建一個(gè)per-CPU的cwq結(jié)構(gòu)，對(duì)應(yīng)每一個(gè)cwq，都會(huì)生成一個(gè)新的worker_thread進(jìn)程。但是當(dāng)用queue_work向cwq上提交work節(jié)點(diǎn)時(shí)，是哪個(gè)CPU調(diào)用該函數(shù)，那么便向該CPU對(duì)應(yīng)的cwq上的worklist上增加work節(jié)點(diǎn)。

c.小結(jié)
?????? 當(dāng)用戶調(diào)用workqueue的初始化接口create_workqueue或者create_singlethread_workqueue對(duì)workqueue隊(duì)列進(jìn)行初始化時(shí)，內(nèi)核就開始為用戶分配一個(gè)workqueue對(duì)象，并且將其鏈到一個(gè)全局的workqueue隊(duì)列中。然后Linux根據(jù)當(dāng)前CPU的情況，為workqueue對(duì)象分配與CPU個(gè)數(shù)相同的cpu_workqueue_struct對(duì)象，每個(gè)cpu_workqueue_struct對(duì)象都會(huì)存在一條任務(wù)隊(duì)列。緊接著，Linux為每個(gè)cpu_workqueue_struct對(duì)象分配一個(gè)內(nèi)核thread，即內(nèi)核daemon去處理每個(gè)隊(duì)列中的任務(wù)。至此，用戶調(diào)用初始化接口將workqueue初始化完畢，返回workqueue的指針。

??????? workqueue初始化完畢之后，將任務(wù)運(yùn)行的上下文環(huán)境構(gòu)建起來了，但是具體還沒有可執(zhí)行的任務(wù)，所以，需要定義具體的work_struct對(duì)象。然后將work_struct加入到任務(wù)隊(duì)列中，Linux會(huì)喚醒daemon去處理任務(wù)。

?????? 上述描述的workqueue內(nèi)核實(shí)現(xiàn)原理可以描述如下：

3.2? 創(chuàng)建工作
?????? 要使用工作隊(duì)列，首先要做的是創(chuàng)建一些需要推后完成的工作?？梢酝ㄟ^DECLARE_WORK在編譯時(shí)靜態(tài)地建該結(jié)構(gòu)：
?????? DECLARE_WORK(name,void (*func) (void *), void *data);
????? 這樣就會(huì)靜態(tài)地創(chuàng)建一個(gè)名為name，待執(zhí)行函數(shù)為func，參數(shù)為data的work_struct結(jié)構(gòu)。
????? 同樣，也可以在運(yùn)行時(shí)通過指針創(chuàng)建一個(gè)工作：
??????INIT_WORK(structwork_struct *work, woid(*func) (void *), void *data);

4. 調(diào)度
a. schedule_work

?????? 在大多數(shù)情況下, 并不需要自己建立工作隊(duì)列，而是只定義工作, 將工作結(jié)構(gòu)掛接到內(nèi)核預(yù)定義的事件工作隊(duì)列中調(diào)度, 在kernel/workqueue.c中定義了一個(gè)靜態(tài)全局量的工作隊(duì)列static struct workqueue_struct *keventd_wq;默認(rèn)的工作者線程叫做events/n，這里n是處理器的編號(hào)，每個(gè)處理器對(duì)應(yīng)一個(gè)線程。比如，單處理器的系統(tǒng)只有events/0這樣一個(gè)線程。而雙處理器的系統(tǒng)就會(huì)多一個(gè)events/1線程。
?????? 調(diào)度工作結(jié)構(gòu), 將工作結(jié)構(gòu)添加到全局的事件工作隊(duì)列keventd_wq，調(diào)用了queue_work通用模塊。對(duì)外屏蔽了keventd_wq的接口，用戶無需知道此參數(shù)，相當(dāng)于使用了默認(rèn)參數(shù)。keventd_wq由內(nèi)核自己維護(hù)，創(chuàng)建，銷毀。這樣work馬上就會(huì)被調(diào)度，一旦其所在的處理器上的工作者線程被喚醒，它就會(huì)被執(zhí)行。

b. schedule_delayed_work(&work,delay);
????? 有時(shí)候并不希望工作馬上就被執(zhí)行，而是希望它經(jīng)過一段延遲以后再執(zhí)行。在這種情況下，同時(shí)也可以利用timer來進(jìn)行延時(shí)調(diào)度，到期后才由默認(rèn)的定時(shí)器回調(diào)函數(shù)進(jìn)行工作注冊(cè)。延遲delay后，被定時(shí)器喚醒，將work添加到工作隊(duì)列wq中。

????? 工作隊(duì)列是沒有優(yōu)先級(jí)的，基本按照FIFO的方式進(jìn)行處理。

?5. 示例

[cpp]?view plain?copy

#include???

#include???

#include???

static?struct?workqueue_struct?*queue=NULL;??

static?struct?work_struct???work;??

staticvoid?work_handler(struct?work_struct?*data)??

{??

???????printk(KERN_ALERT"work?handler?function.\n");??

}??

static?int?__init?test_init(void)??

{??

??????queue=create_singlethread_workqueue("hello?world");/*創(chuàng)建一個(gè)單線程的工作隊(duì)列*/??

??????if?(!queue)??

????????????goto?err;??

???????INIT_WORK(&work,work_handler);??

???????schedule_work(&work);??

??????return0;??

err:??

??????return-1;??

}??

static???void?__exit?test_exit(void)??

{??

???????destroy_workqueue(queue);??

}??

MODULE_LICENSE("GPL");??

module_init(test_init);??

module_exit(test_exit); ?

序號(hào)

接口函數(shù)

說明

1

create_workqueue

用于創(chuàng)建一個(gè)workqueue隊(duì)列，為系統(tǒng)中的每個(gè)CPU都創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核線程。輸入?yún)?shù)：

@name：workqueue的名稱

2

create_singlethread_workqueue

用于創(chuàng)建workqueue，只創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核線程。輸入?yún)?shù)：

@name：workqueue名稱

3

destroy_workqueue

釋放workqueue隊(duì)列。輸入?yún)?shù)：

@ workqueue_struct：需要釋放的workqueue隊(duì)列指針

4

schedule_work

調(diào)度執(zhí)行一個(gè)具體的任務(wù)，執(zhí)行的任務(wù)將會(huì)被掛入Linux系統(tǒng)提供的workqueue——keventd_wq輸入?yún)?shù)：

@ work_struct：具體任務(wù)對(duì)象指針

5

schedule_delayed_work

延遲一定時(shí)間去執(zhí)行一個(gè)具體的任務(wù)，功能與schedule_work類似，多了一個(gè)延遲時(shí)間，輸入?yún)?shù)：

@work_struct：具體任務(wù)對(duì)象指針

@delay：延遲時(shí)間

6

queue_work

調(diào)度執(zhí)行一個(gè)指定workqueue中的任務(wù)。輸入?yún)?shù)：

@ workqueue_struct：指定的workqueue指針

@work_struct：具體任務(wù)對(duì)象指針

7

queue_delayed_work

延遲調(diào)度執(zhí)行一個(gè)指定workqueue中的任務(wù)，功能與queue_work類似，輸入?yún)?shù)多了一個(gè)delay。

?