内核的等待队列 creator sz111@126.com 1. 等待队列在内核中有着极其重要的作用,作为异步操作,他的实现简单而又强大。 screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt='Click here to open new window\nCTRL Mouse wheel to zoom in/out';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor='hand'; this.alt='Click here to open new window\nCTRL Mouse wheel to zoom in/out';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://blogimg.chinaunix.net/blog/upfile2/080320094652.jpg');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" /> 它通过一个双链表和把等待tast的头,和等待的进程列表链接起来。从上图可以清晰看到。所以我们知道,如果要实现一个等待队列,首先要有两个部分。队列头和队列项。下面看他们的数据结构。 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指针,而以前的版本是struct task_struct * task; //实际在用的时候,仍然把private赋值为task wait_queue_func_t func; struct list_head task_list; }; typedef struct __wait_queue wait_queue_t; 所以队列头和队列项是通过list_head联系到一起的,list_head是一个双向链表,在linux内核中有着广泛的应用。并且在list.h中对它有着很多的操作。 2.对列头和队列项的初始化: /* * Macros for declaration and initialisaton of the datatypes */ #define __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) { \ .private = tsk, \ .func = default_wake_function, \ .task_list = { NULL, NULL } } //这个是初始化一个队列项,设定tast_list链表前后都是空,说明还没有加入到链表里面。 //私有数据private为任务的任务结构。 //这个宏说声明和初始化都同时做了。如果不愿意这样的话,可以先声明,然后通过 //init_waitqueue_entry进行完成。 #define DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) \ wait_queue_t name = __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) #define __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) { \ .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.lock), \ .task_list = { &(name).task_list, &(name).task_list } } //声明一个队列头,让他的链表前后都指向自己,这个时候还没有加入任何的链表项。 //这个宏说声明和初始化都同时做了。如果不愿意这样的话,可以先声明,然后通过 //init_waitqueue_head进行完成。 #define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \ wait_queue_head_t name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) #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; } //将指定的等待队列项new添加到等待队列头head所在的链表头部,该函数假设已经获得锁 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: */ //将指定的等待队列项new添加到等待队列头head所在的链表尾部,该函数假设已经获得锁。 //其实因为队列是个环形队列,所以head是头,head的钱一个就可以认为是尾,当然,环形也无所//谓头尾了。 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.睡眠和唤醒操作。 对等待队列的操作包括睡眠和唤醒(相关函数保存在源代码树的/kernel/sched.c和include/linux/sched.h中)。思想是更 改当前进程(CURRENT)的任务状态,并要求重新调度,因为这时这个进程的状态已经改变,不再在调度表的就绪队列中,因此无法再获得执行机会,进入" 睡眠"状态,直至被"唤醒",即其任务状态重新被修改回就绪态。 常用的睡眠操作有interruptible_sleep_on和 sleep_on。两个函数类似,只不过前者将进程的状态从就绪态(TASK_RUNNING)设置为TASK_INTERRUPTIBLE,允许通过发 送signal唤醒它(即可中断的睡眠状态);而后者将进程的状态设置为TASK_UNINTERRUPTIBLE,在这种状态下,不接收任何 singal。在一般情况下,我们要采用可以中断的sleep。 interruptible_sleep_on宏代码如下: //首先定义队列项,然后对队列项进行初始化,任务结构设定为当前进程的任务结构。 #define SLEEP_ON_VAR \ unsigned long flags; \ wait_queue_t wait; \ init_waitqueue_entry(&wait, current); //然后把队列项加入到队列头中。 #define SLEEP_ON_HEAD \ spin_lock_irqsave(&q->lock,flags); \ __add_wait_queue(q, &wait); \ spin_unlock(&q->lock); //唤醒之后要把队列项从队列头上删除。 #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 } 对应的唤醒操作包括wake_up_interruptible和wake_up。wake_up函数不仅可以唤醒状态为 TASK_UNINTERRUPTIBLE的进程,而且可以唤醒状态为TASK_INTERRUPTIBLE的进程。 wake_up_interruptible只负责唤醒状态为TASK_INTERRUPTIBLE的进程。这两个宏的定义如下: #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函数主要是获取队列操作的锁,具体工作是调用__wake_up_common完成的。 /** * __wake_up - wake up threads blocked on a waitqueue. * @q: the waitqueue唤醒的队列的队列头 * @mode: which threads 唤醒那种类型的等待队列,如:可中断和不可中断 * @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; //这里的func实际上是 //int default_wake_function(wait_queue_t *curr, unsigned mode, int sync, // void *key) //{唤醒一个进程,将它放到运行队列中,如果它还不在运行队列的话。"当前"进程总是在运行队列中的 // return try_to_wake_up(curr->private, mode, sync); //} if (curr->func(curr, mode, sync, key) && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) break; } } 4.等待队列的应用 等待队列的的应用涉及两个进程,假设为A和B。A是资源的消费者,B是资源的生产者。A在消费的时候必须确保资源已经生产出来,为此定义一个资源等待队列。这个队列同时要被进程A和进程B使用,我们可以将它定义为一个全局变量。 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(rsc_queue); /* 全局变量 */ 在进程A中,执行逻辑如下: while (resource is unavaiable) { interruptible_sleep_on( &wq ); } consume_resource(); 在进程B中,执行逻辑如下: produce_resource(); wake_up_interruptible( &wq ); |
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