根据内核3.1.6版本源码、书籍和网上资料，对几个函数进行分析
介绍这几个函数，不得不先介绍等待队列wait_queue_head_t与完成量completion。
等待队列用于使得进程等待某一特定事件的发生，无需频繁的轮询，进程在等待周期中睡眠，当时间发生后由内核自动唤醒。
完成量机制是基于等待队列的，内核利用该机制等待某一操作的结束。这两种经常被使用。
一、等待队列
（一）数据结构
等待队列结构如下，因为每个等待队列都可以再中断时被修改，因此，在操作等待队列之前必须获得一个自旋锁。
- struct __wait_queue_head {
- spinlock_t lock;
- struct list_head task_list;
- };
- typedef struct__wait_queue_head wait_queue_head_t;
等待队列是通过task_list双链表来实现，其数据成员是以下数据结构：
- typedef struct__wait_queue wait_queue_t;
- struct __wait_queue {
- unsigned int flags;
- #defineWQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 /* 表示等待进程想要被独占地唤醒 */
- void *private;
- wait_queue_func_t func;
- struct list_head task_list;
- };
其图如下：
![]()
等待队列如何使用哪？分两步
1. 为了使得等待进程在一个等待队列中睡眠，需要调用函数wait_event()函数。进程进入睡眠，将控制权释放给调度器。
2. 在内核中另一处，调用wake_up()函数唤醒等待队列中的睡眠进程。
注：使用wait_event()函数使得进程睡眠；而在内核另一处有一个对应的wake_up()函数被调用。
（二）初始化等待队列元素
有两种方法初始化队列：
1. 动态初始化init_waitqueue_entry()
- 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;
- }
2. 静态初始化DEFINE_WAIT()
- #define DEFINE_WAIT_FUNC(name, function) \
- wait_queue_t name = { \
- .private = current, \
- .func = function, \
- .task_list = LIST_HEAD_INIT((name).task_list), \
- }
-
- #define DEFINE_WAIT(name) DEFINE_WAIT_FUNC(name, autoremove_wake_function)
其中函数autoremove_wake_function()是用来唤醒进程的，该函数不经调用default_wake_function()，还将所属等待队列成员从等待队列删除。
（三）进程睡眠
1. 通过add_wait_queue()函数将一个进程添加到等待队列，首先获得自旋锁，然后调用__add_wait_queue()实现将新的等待进程添加等待队列（添加到等待队列的头部），然后解锁；代码如下：
- static inline void __add_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new)
- {
- list_add(&new->task_list, &head->task_list);
- }
另一个函数add_wait_queue_exclusive()的含义与add_wait_queue()函数类似，但是将等待进程添加到等待队列的尾部，并设置WQ_EXCLUSIXE标志。
使得进程在等待队列上睡眠的另一种方法是：prepare_to_wait()，除了有add_wait_queue()函数的参数外，还要设置进程的状态。
另一个函数prepare_to_wait_exclusive()语义类似。
通常情况下，add_wait_queue()函数不会直接使用，而是调用wait_evnet()函数
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- #define wait_event(wq, condition) \
- do { \
- if (condition) \
- break; \
- __wait_event(wq, condition); \
- } while (0)
函数__wait_event()
- #define __wait_event(wq, condition) \
- do { \
- DEFINE_WAIT(__wait); \
- \
- for (;;) { \
- prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \
- if (condition) \
- break; \
- schedule(); \
- } \
- finish_wait(&wq, &__wait); \
- } while (0)
其中wq是等待进程需要加入的等待队列，而condition是通过与所等待时间有关的一个C表达式形式给出。表示，条件满足时，可以立即停止处理。主要工作由__wait_event()来完成。
分析__wait_event()函数，
(1) 调用DEFINE_WAIT宏建立等待队列成员；
(2) 使用一个无线循环，在循环体内，
(a) 调用prepare_to_wait()使得进程在等待队列上等待；
(b) 当进程被唤醒时，检查指定的条件condition是否满足，如果满足则跳出循环，否则将控制权交给调度器，然后进程继续睡眠。
(3) 调用函数finish_wait()将进程状态设置为TASK_RUNNING，并从等待队列的链表中移除对应的成员。
其他与wait_event类似的函数：
1. wait_event_timeout()函数 ，使得进程处于TASK_INTERRUPTIBLE状态，从而睡眠进程可以通过接收信号被唤醒；
2. wait_event_timeout()函数，等待满足指定的条件，但是如果等待时间超过指定的超时限制则停止睡眠，可以防止进程永远睡眠；
3. wait_event_interruptible_timeout() 使得进程睡眠，但是可以通过接收信号被唤醒，也具有超时限制。
（四）进程睡眠
内核中虽然定义了很多唤醒等待队列中进程的函数，但是最终调用的都是__wake_up()
- #define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)
- #define wake_up_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_NORMAL, nr, NULL)
- #define wake_up_all(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 0, NULL)
- #define wake_up_locked(x) __wake_up_locked((x), TASK_NORMAL)
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- #define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
- #define wake_up_interruptible_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL)
- #define wake_up_interruptible_all(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL)
- #define wake_up_interruptible_sync(x) __wake_up_sync((x), TASK_INTERRUPTIBLE, 1)
而__wake_up()函数在加锁之后调用的是__wake_up_common()
- static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode,
- int nr_exclusive, int wake_flags, void *key)
- {
- wait_queue_t *curr, *next;
-
- list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) {
- unsigned flags = curr->flags;
-
- if (curr->func(curr, mode, wake_flags, key) &&
- (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive)
- break;
- }
- }
其中：q是等待队列，mode指定进程的状态，用于控制唤醒进程的条件，nr_exclusive表示将要唤醒的设置了WQ_FLAG_EXCLUSIVE标志的进程的数目。
然后扫描链表，调用func，直至没有更多的进程被唤醒，或者被唤醒的的独占进程数目已经达到规定数目。
完成量，下一次在学习。
参考资料：
(1) http://blog.chinaunix.net/space.php?uid=20565550&do=blog&id=303575
(2) 《深入linuc内核架构》
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