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-- linux爱好者,业余时间热衷于分析linux内核源码 -- 目前主要研究云计算和虚拟化相关的技术,主要包括libvirt/qemu,openstack,opennebula架构和源码分析。 -- 第五届云计算大会演讲嘉宾 微博:@Marshal-Liu

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分类: LINUX

2011-02-28 13:49:31

工作队列(work queue)Linux kernel中将工作推后执行的一种机制。这种机制和BHTasklets不同之处在于工作队列是把推后的工作交由一个内核线程去执行,因此工作队列的优势就在于它允许重新调度甚至睡眠。

工作队列是2.6内核开始引入的机制,在2.6.20之后,工作队列的数据结构发生了一些变化,因此本文分成两个部分对2.6.20之前和之后的版本分别做介绍。


I2.6.0~2.6.19

数据结构:
1 struct work_struct {
2     unsigned long pending;
3     struct list_head entry;
4     void (*func)(void *);
5     void *data;
6     void *wq_data;
7     struct timer_list timer;
8 };

pending是用来记录工作是否已经挂在队列上;

entry是循环链表结构;

func作为函数指针,由用户实现;

data用来存储用户的私人数据,此数据即是func的参数;

wq_data一般用来指向工作者线程(工作者线程参考下文);

timer是推后执行的定时器。

work_struct的这些变量里,funcdata是用户使用的,其他是内部变量,我们可以不用太过关心。

 

API

1 INIT_WORK(_work, _func, _data);
2 int schedule_work(struct work_struct *work);
3 int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay);
4 void flush_scheduled_work(void);
5 int cancel_delayed_work(struct work_struct *work);

1、初始化指定工作,目的是把用户指定的函数_func_func需要的参数_data赋给work_structfuncdata变量。

2、对工作进行调度,即把给定工作的处理函数提交给缺省的工作队列和工作者线程。工作者线程本质上是一个普通的内核线程,在默认情况下,每个CPU均有一个类型为“events”的工作者线程,当调用schedule_work时,这个工作者线程会被唤醒去执行工作链表上的所有工作。

3、延迟执行工作,与schedule_work类似。

4、刷新缺省工作队列。此函数会一直等待,直到队列中的所有工作都被执行。

5、flush_scheduled_work并不取消任何延迟执行的工作,因此,如果要取消延迟工作,应该调用cancel_delayed_work

 

以上均是采用缺省工作者线程来实现工作队列,其优点是简单易用,缺点是如果缺省工作队列负载太重,执行效率会很低,这就需要我们创建自己的工作者线程和工作队列。

API

1 struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
2 int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work);
3 int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work, unsigned long delay);
4 void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq);
5 void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq);

1、创建新的工作队列和相应的工作者线程,name用于该内核线程的命名。

2、类似于schedule_work,区别在于queue_work把给定工作提交给创建的工作队列wq而不是缺省队列。

3、延迟执行工作。

4、刷新指定工作队列。

5、释放创建的工作队列。

 

下面一段代码可以看作一个简单的实作:

01 void my_func(void *data)
02 {
03     char *name = (char *)data;
04     printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, name);
05 }
06   
07 struct workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);
08 struct work_struct my_work;
09   
10 INIT_WORK(&my_work, my_func, “Jack”);
11 queue_work(my_wq, &my_work);
12   
13 destroy_workqueue(my_wq);

 


II2.6.20~2.6.??

2.6.20起,工作队列的数据结构发生了一些变化,使用时不能沿用旧的方法。

 

数据结构:

1 typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);
2   
3 struct work_struct {
4     atomic_long_t data;
5     struct list_head entry;
6     work_func_t func;
7 };

2.6.19之前的版本相比,work_struct瘦身不少。粗粗一看,entry和之前的版本相同,funcdata发生了变化,另外并无其他的变量。

entry我们不去过问,这个和以前的版本完全相同。data的类型是atomic_long_t,这个类型从字面上看可以知道是一个原子类型。第一次看到这个变量时,很容易误认为和以前的data是同样的用法,只不过类型变了而已,其实不然,这里的data是之前版本的pendingwq_data的复合体,起到了以前的pendingwq_data的作用。

func的参数是一个work_struct指针,指向的数据就是定义funcwork_struct

看到这里,会有两个疑问,第一,如何把用户的数据作为参数传递给func呢?以前有void *data来作为参数,现在好像完全没有办法做到;第二,如何实现延迟工作?目前版本的work_struct并没有定义timer

 

解决第一个问题,需要换一种思路。2.6.20版本之后使用工作队列需要把work_struct定义在用户的数据结构中,然后通过container_of来得到用户数据。具体用法可以参考稍后的实作。

 

对于第二个问题,新的工作队列把timer拿掉的用意是使得work_struct更加单纯。首先回忆一下之前版本,只有在需要延迟执行工作时才会用到timer,普通情况下timer是没有意义的,所以之前的做法在一定程度上有些浪费资源。所以新版本中,将timerwork_struct中拿掉,然后又定义了一个新的结构delayed_work用于处理延迟执行:

1 struct delayed_work {
2     struct work_struct work;
3     struct timer_list timer;
4 };

 

下面把API罗列一下,每个函数的解释可参考之前版本的介绍或者之后的实作:

01 INIT_WORK(struct work_struct *work, work_func_t func);
02 INIT_DELAYED_WORK(struct delayed_work *work, work_func_t func);
03 int schedule_work(struct work_struct *work);
04 int schedule_delayed_work(struct delayed_work *work, unsigned long delay);
05 struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
06 int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work);
07 int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct delayed_work *work, unsigned long delay);
08 void flush_scheduled_work(void);
09 void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq);
10 int cancel_delayed_work(struct delayed_work *work);
11 void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq);

其中,1、2、4、7和以前略有区别,其他用法完全一样。

 

实作:

01 struct my_struct_t {
02     char *name;
03     struct work_struct my_work;
04 };
05   
06 void my_func(struct work_struct *work)
07 {
08     struct my_struct_t *my_name = container_of(work, struct my_struct_t, my_work);
09     printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, my_name->name);
10 }
11   
12 struct workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);
13 struct my_struct_t my_name;
14   
15 my_name.name = “Jack”;
16   
17 INIT_WORK(&(my_name.my_work), my_func);
18 queue_work(my_wq, &(my_name.my_work));
19   
20 destroy_workqueue(my_wq);
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