Linux 内核机制--等待队列机制

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。在中，等待队列在源代码树中，这是一个通过连接的典型双循环链表，如下图所示。

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"。由于我们只需要对队列进行添加和删除操作，并不会修改其中的对象（等待队列项），因此，我们只需要提供一把保护整个基础设施和所有对象的锁，这把锁保存在等待队列头中，为wq_lock_t类型。在实现中，可以支持读写锁（rwlock）或自旋锁（spinlock）两种类型，通过一个宏定义来切换。如果使用读写锁，将wq_lock_t定义为rwlock_t类型；如果是自旋锁，将wq_lock_t定义为spinlock_t类型。无论哪种情况，分别相应设置wq_read_lock、wq_read_unlock、 wq_read_lock_irqsave、wq_read_unlock_irqrestore、wq_write_lock_irq、 wq_write_unlock、wq_write_lock_irqsave和wq_write_unlock_irqrestore等宏。

一、定义：

/include/linux/wait.h

 

struct __wait_queue_head {

spinlock_t lock;

struct list_head task_list;

};

typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

二、作用：

在内核里面，等待队列是有很多用处的，尤其是在中断处理、进程同步、定时等场合。可以使用等待队列在实现阻塞进程的唤醒。它以队列为基础数据结构，与进程调度机制紧密结合，能够用于实现内核中的异步事件通知机制，同步对系统资源的访问等。

三、字段详解：

1、spinlock_t lock;

在对task_list与操作的过程中，使用该锁实现对等待队列的互斥访问。

2、srtuct list_head_t task_list;

双向循环链表，存放等待的进程。

三、操作：

1、定义并初始化等待队列头：

(1)

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。

(2)

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_queue);

定义并初始化，相当于(1)。

2、定义等待队列项：

DECLARE_WAITQUEUE(name,tsk);

注意此处是定义一个wait_queue_t类型的变量name，并将其private与设置为tsk。wait_queue_t类型定义如下：

 

  struct __wait_queue {

  unsigned int flags;

  #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01

  void *private;

  wait_queue_func_t func;

  struct list_head task_list;

  };

其中flags域指明该等待的进程是互斥进程还是非互斥进程。其中0是非互斥进程，WQ_FLAG_EXCLUSIVE(0x01)是互斥进程。等待队列(wait_queue_t)和等待对列头(wait_queue_head_t)的区别是等待队列是等待队列头的成员。也就是说等待队列头的task_list域链接的成员就是等待队列类型的(wait_queue_t)。

3、(从等待队列头中)添加／移出等待队列项：

(1)add_wait_queue()函数：

 

void fastcall add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

{

unsigned long flags;

wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE;

spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);

__add_wait_queue(q, wait);

spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);

}

设置等待的进程为非互斥进程，并将其添加进等待队列头(q)的队头中。

 

void fastcall add_wait_queue_exclusive(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

{

unsigned long flags;

wait->flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE;

spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);

__add_wait_queue_tail(q, wait);

spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);

}

 

该函数也和add_wait_queue()函数功能基本一样，只不过它是将等待的进程(wait)设置为互斥进程。

(2)remove_wait_queue()函数：

 

void fastcall remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

{

unsigned long flags;

spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);

__remove_wait_queue(q, wait);

spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);

}

在等待的资源或事件满足时，进程被唤醒，使用该函数被从等待头中删除。

4、等待事件：

(1)wait_event()宏：

 

#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; \

} \