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分类: LINUX

2014-08-31 08:28:23

Linux内核的等待队列是以双循环链表为基础数据结构,与进程调度机制紧密结合,能够用于实现核心的异步事件通知机制。

在这个链表中,有两种数据结构:等待队列头(wait_queue_head_t)和等待队列项(wait_queue_t)。等待队列头和等待队列项中都包含一个list_head类型的域作为"连接件"。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。


  1. struct list_head {  
  2.     struct list_head *next, *prev;  
  3. };  
  4. struct __wait_queue_head {  
  5.     spinlock_t lock;  
  6.     struct list_head task_list;  
  7. };  
  8. typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;  
  9. struct __wait_queue {  
  10.     unsigned int flags;  
  11. #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE    0x01  
  12.     void *private;//2.6版本是采用void指针,而以前的版本是struct task_struct * task;  
  13.                   //实际在用的时候,仍然把private赋值为task  
  14.     wait_queue_func_t func;  
  15.     struct list_head task_list;  
  16. };  
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; };


 

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:
 wait_queue_head_t my_queue;

init_waitqueue_head(&my_queue);

直接定义并初始化。init_waitqueue_head()函数会将自旋锁初始化为未锁,等待队列初始化为空的双向循环链表。

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_queue);

定义并初始化

3.定义等待队列: DECLARE_WAITQUEUE(name,tsk);


  1. #define   DECLARE_WAITQUEUE(name,   tsk)       /   
  2. wait_queue_t   name     =__WAITQUEUE_INITIALIZER(name,   tsk)   
  3.   
  4. #define   __WAITQUEUE_INITIALIZER(name,   tsk)   {         task:     tsk,        task_list:  {  NULL,   NULL   },  __WAITQUEUE_DEBUG_INI(name)}   
#define DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) / wait_queue_t name =__WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) #define __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) { task: tsk, task_list: { NULL, NULL }, __WAITQUEUE_DEBUG_INI(name)}


它的解释是:
通过DECLARE_WAITQUEUE宏将等待队列项初始化成对应的任务结构,并且用于连接的相关指针均设置为空。其中加入了调试相关代码。
进程通过执行下面步骤将自己加入到一个等待队列中:
1) 调用DECLARE_WAITQUEUE()创建一个等待队列的项;
2) 调用add_wait_queue()把自己加入到等待队列中。该队列会在进程等待的条件满足时唤醒它。在其他地方写相关代码,在事件发生时,对等的队列执行wake_up()操作。
3) 将进程状态变更为: TASK_INTERRUPTIBLE or TASK_UNINTERRUPTIBLE。
4) 如果状态被置为TASK_INTERRUPTIBLE ,则信号唤醒进程。即为伪唤醒(唤醒不是因为事件的发生),因此检查并处理信号。
5) 检查condition是否为真,为真则没必要休眠,如果不为真,则调用scheduled()。
6) 当进程被唤醒的时候,它会再次检查条件是否为真。真就退出循环,否则再次调用scheduled()并一直重复这步操作。
7) condition满足后,进程将自己设置为TASK_RUNNING 并通过remove_wait_queue()退出。

 

4.(从等待队列头中)添加/移出等待队列

(1)add_wait_queue()函数: (2)remove_wait_queue()函数:

 

5.等待事件:(有条件睡眠)

1)wait_event()宏:


  1. #define wait_event(wq, condition) /   
  2.   
  3. do { /   
  4. if (condition) /   
  5. break; /   
  6. __wait_event(wq, condition); /   
  7. while (0)   
  8.    
  9. #define __wait_event_timeout(wq, condition, ret) /   
  10.   
  11. do { /   
  12. DEFINE_WAIT(__wait); /   
  13. /   
  14. for (;;) { /   
  15. prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); /   
  16. if (condition) /   
  17. break; /   
  18. ret = schedule_timeout(ret); /   
  19. if (!ret) /   
  20. break; /   
  21. } /   
  22. finish_wait(&wq, &__wait); /   
  23. while (0)   
#define wait_event(wq, condition) / do { / if (condition) / break; / __wait_event(wq, condition); / } while (0) #define __wait_event_timeout(wq, condition, ret) / do { / DEFINE_WAIT(__wait); / / for (;;) { / prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); / if (condition) / break; / ret = schedule_timeout(ret); / if (!ret) / break; / } / finish_wait(&wq, &__wait); / } while (0)


 在等待会列中睡眠直到condition为真。在等待的期间,进程会被置为TASK_UNINTERRUPTIBLE进入睡眠,直到condition变量变为真。每次进程被唤醒的时候都会检查condition的值.

(2)wait_event_interruptible()函数:

和wait_event()的区别是调用该宏在等待的过程中当前进程会被设置为TASK_INTERRUPTIBLE状态.在每次被唤醒的时候,首先检查condition是否为真,如果为真则返回,否则检查如果进程是被信号唤醒,会返回-ERESTARTSYS错误码.如果是condition为真,则返回0.

(3)wait_event_timeout()宏:

也与wait_event()类似.不过如果所给的睡眠时间为负数则立即返回.如果在睡眠期间被唤醒,且condition为真则返回剩余的睡眠时间,否则继续睡眠直到到达或超过给定的睡眠时间,然后返回0.

(4)wait_event_interruptible_timeout()宏:

与wait_event_timeout()类似,不过如果在睡眠期间被信号打断则返回ERESTARTSYS错误码.

(5) wait_event_interruptible_exclusive()宏

同样和wait_event_interruptible()一样,不过该睡眠的进程是一个互斥进程.

 

6.唤醒队列:

(1)wake_up()函数:

唤醒等待队列.可唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERUPTIBLE状态的进程,和wait_event/wait_event_timeout成对使用.

2)wake_up_interruptible()函数: #define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)

和wake_up()唯一的区别是它只能唤醒TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程.,与wait_event_interruptible/wait_event_interruptible_timeout/ wait_event_interruptible_exclusive成对使用.

 

TASK_INTERRUPTIBLE,允许通过发送signal唤醒它(即可中断的睡眠状态);

TASK_UNINTERRUPTIBLE,不接收任何 singal

 

7.在等待队列上睡眠:(无条件睡眠,老内核使用,新内核建议不用)

 (1)sleep_on()函数:

该函数的作用是定义一个等待队列(wait),并将当前进程添加到等待队列中(wait),然后将当前进程的状态置为TASK_UNINTERRUPTIBLE,并将等待队列(wait)添加到等待队列头(q)中。之后就被挂起直到资源可以获取,才被从等待队列头(q)中唤醒,从等待队列头中移出。在被挂起等待资源期间,该进程不能被信号唤醒。

(2)sleep_on_timeout()函数:

 

与sleep_on()函数的区别在于调用该函数时,如果在指定的时间内(timeout)没有获得等待的资源就会返回。实际上是调用schedule_timeout()函数实现的。值得注意的是如果所给的睡眠时间(timeout)小于0,则不会睡眠。该函数返回的是真正的睡眠时间。

 

(3)interruptible_sleep_on()函数:

该函数和sleep_on()函数唯一的区别是将当前进程的状态置为TASK_INTERRUPTINLE,这意味在睡眠如果该进程收到信号则会被唤醒。

(4)interruptible_sleep_on_timeout()函数:

类似于sleep_on_timeout()函数。进程在睡眠中可能在等待的时间没有到达就被信号打断而被唤醒,也可能是等待的时间到达而被唤醒。

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