分类： 嵌入式
2017-01-27 11:49:25
原文地址：linux设备驱动归纳总结（六）:3.中断下半部之工作队列 作者：diytvgy
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这节介绍另外一种的下半部实现——工作队列。相对于软中断/tasklet，工作对列运行在进程上下文，允许睡眠，接下来慢慢介绍。
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1、工作队列的使用
按惯例，在介绍工作队列如何实现之前，先说说如何使用工作队列实现下半部。
步骤一、定义并初始化工作队列：
创建工作队列函数：
struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name)
函数传参是内核中工作队列的名称，返回值是workqueue_struct结构体的指针，该结构体用来维护一个等待队列。
我的代码如下：
/*6th_irq_3/4th/test.c*/
14 struct workqueue_struct *xiaobai_wq; //定义工作队列
33 xiaobai_wq = create_workqueue("xiaobai");
步骤二、定义并初始化work结构体：
内核使用结构体来维护一个加入工作队列的任务：
/*linux/workqueue.h*/
25 struct work_struct {
26 atomic_long_t data;
27 #define WORK_STRUCT_PENDING 0 /* T if work item pending execution */
28 #define WORK_STRUCT_FLAG_MASK (3UL)
29 #define WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK (~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)
30 struct list_head entry;
31 work_func_t func; //这个是重点，下半部实现的处理函数指针就放在这
32 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
33 struct lockdep_map lockdep_map;
34 #endif
35 };
同样有静态和动态两种方法：
静态定义并初始化work结构体：
/*linux/workqueue.h*/
72 #define DECLARE_WORK(n, f) \
73 struct work_struct n = __WORK_INITIALIZER(n, f)
定义并初始化一个叫n的work_struct数据结构，它对应的的处理函数是f。
对应的动态初始化方法，该函数返回work_struct指针，所以需要先定义一个work_struct结构：
/*linux/workqueue.h*/
107 #define INIT_WORK(_work, _func) \
108 do { \
109 (_work)->data = (atomic_long_t) WORK_DATA_INIT(); \
110 INIT_LIST_HEAD(&(_work)->entry); \
111 PREPARE_WORK((_work), (_func)); \
112 } while (0)
113 #endif
跟tasklet一样，在初始化的同时，需要将处理函数实现，代码如下：
/*6th_irq_3/4th/test.c*/
15 struct work_struct xiaobai_work; //定义work结构体
16
17 void xiaobai_func(struct work_struct *work) //处理函数
18 {
19 printk("hello xiaobai!\n"); //同样什么都没干，只是打印
20 }
34 INIT_WORK(&xiaobai_work, xiaobai_func); //初始化work结构体
步骤三、在中断处理函数中调度任务：
工作队列和worl结构体都已经实现了，接下来就可以调度了，使用一下函数：
/*kernel/workqueue.c*/
161 int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work)
将指定的任务（work_struct），添加到指定的工作队列中。同样的，调度并不代表处理函数能够马上执行，这由内核进程调度决定。
步骤四、在卸载模块时，刷新并注销等待队列：
刷新等待队列函数：
/*kernel/workqueue.c*/
411 void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq)
该函数会一直等待，知道指定的等待队列中所有的任务都执行完毕并从等待队列中移除。
注销等待队列：
/*kernel/workqueue.c*/
904 void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)
该函数是是创建等待队列的反操作，注销掉指定的等待队列。
四个步骤讲完，贴个代码：
/*6th_irq_3/4th/test.c*/
1
#include
2
#include
3
4
#include
5
#include
6
7 #define DEBUG_SWITCH 1
8 #if DEBUG_SWITCH
9
#define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<1>"
"
10 #else
11
#define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<7>"
"
12 #endif
13
14 struct workqueue_struct *xiaobai_wq; //1.定义工作队列
15 struct work_struct xiaobai_work; //2定义work结构体
16
17 void xiaobai_func(struct work_struct *work) //2实现处理函数
18 {
19 printk("hello xiaobai!\n");
20 }
21
22 irqreturn_t irq_handler(int irqno, void *dev_id)
23 {
24 printk("key down\n");
25 queue_work(xiaobai_wq ,&xiaobai_work); //3调度任务
26 return IRQ_HANDLED;
27 }
28 static int __init test_init(void) //模块初始化函数
29 {
30 int ret;
31
32 /*work*/
33 xiaobai_wq = create_workqueue("xiaobai"); //1初始化工作对列
34 INIT_WORK(&xiaobai_work, xiaobai_func); //2初始化work结构体
35
36 ret = request_irq(IRQ_EINT1, irq_handler,
37 IRQF_TRIGGER_FALLING, "key INT_EINT1", NULL);
38 if(ret){
39 P_DEBUG("request irq failed!\n");
40 return ret;
41 }
42
43 printk("hello irq\n");
44 return 0;
45 }
46
47 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数
48 {
49 flush_workqueue(xiaobai_wq); //4刷新工作队列
50 destroy_workqueue(xiaobai_wq); //4注销工作队列
51 free_irq(IRQ_EINT1, NULL);
52 printk("good bye irq\n");
53 }
54
55 module_init(test_init);
56 module_exit(test_exit);
57
58 MODULE_LICENSE("GPL");
59 MODULE_AUTHOR("xoao bai");
60 MODULE_VERSION("v0.1");
和以往的一样，下半部仅仅是打印，没实质操作，看效果：
[root: 4th]# insmod test.ko
hello irq
[root: 4th]# key down
hello xiaobai!
key down
hello xiaobai!
[root: 4th]# rmmod test
good bye irq
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二、使用共享的工作队列
在内核中有一个默认的工作队列events，使用共享的工作队列可以省去创建和注销工作队列的步骤。当然，队列是共享的，用起来当然会不爽，如果有多个不同的任务都加入到这个工作对列中，每个任务调度的速度就会比较慢，肯定不如自己创建一个爽。不过，一般默认工作队列都能满足要求，不需要创建一个新的。
少了上面创建和注销等待队列两步，使用共享工作队列步骤相对少一点
步骤一、实现处理函数，定义并初始化work结构体：
这一步骤上一节介绍的步骤二完全一样，所以就不说了。
步骤二、调度任务：
默认工作队列的中任务的调度不需要指定工作对列，所以函数有所不同：
/*kernel/workqueue.c*/
620 int schedule_work(struct work_struct *work)
该函数会把work_struct结构体加入到默认工作对列events中。
上函数：
/*6th_irq_3/3rd/test.c*/
1
#include
2
#include
3
4
#include
5
#include
6
7 #define DEBUG_SWITCH 1
8 #if DEBUG_SWITCH
9
#define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<1>"
"
10 #else
11
#define P_DEBUG(fmt, args...) printk("<7>"
"
12 #endif
13
14 struct work_struct xiaobai_work; //定义work结构体
15
16 void xiaobai_func(struct work_struct *work)
17 {
18 printk("hello xiaobai!\n");
19 }
20
21 irqreturn_t irq_handler(int irqno, void *dev_id) //中断处理函数
22 {
23 printk("key down\n");
24 schedule_work(&xiaobai_work); //调度任务
25 return IRQ_HANDLED;
26 }
27 static int __init test_init(void) //模块初始化函数
28 {
29 int ret;
30
31 /*work*/
32 INIT_WORK(&xiaobai_work, xiaobai_func); //初始化worl结构体
33
34 ret = request_irq(IRQ_EINT1, irq_handler,
35 IRQF_TRIGGER_FALLING, "key INT_EINT1", NULL);
36 if(ret){
37 P_DEBUG("request irq failed!\n");
38 return ret;
39 }
40
41 printk("hello irq\n");
42 return 0;
43 }
44
45 static void __exit test_exit(void) //模块卸载函数
46 {
47 free_irq(IRQ_EINT1, NULL);
48 printk("good bye irq\n");
49 }
50
51 module_init(test_init);
52 module_exit(test_exit);
53
54 MODULE_LICENSE("GPL");
55 MODULE_AUTHOR("xoao bai");
56 MODULE_VERSION("v0.1");
再看一下实现效果，效果和之前的一样：
[root: 3rd]# insmod test.ko
hello irq
[root: 3rd]# key down
hello xiaobai!
key down
hello xiaobai!
[root: 3rd]# rmmod test
good bye irq
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三、工作队列的实现
在介绍工作队列的实现之前，必须要介绍什么是工作者线程和三个数据结构。
工作者线程，是指负责执行在内核队列中任务的内核线程。在工作队列中，有专门的工作者线程来处理加入到工作对列中的任务。工作对列对应的工作者线程可能不止一个，每个处理器有且仅有一个工作队列对应的工作者线程。当然，如果内核中两个工作对列，那每个处理器就分别有两个工作者线程。
在内核中有一个默认的工作队列events，对于单处理器的ARM9，有一个对应的工作者线程。
工作队列结构体workqueue_struct：
59 struct workqueue_struct {
60 struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq; //一个工作者线程对应一个该结构体
61 struct list_head list;
62 const char *name;
63 int singlethread;
64 int freezeable; /* Freeze threads during suspend */
65 int rt;
66 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
67 struct lockdep_map lockdep_map;
68 #endif
69 };
工作对列workqueue_struct有一个成员cpu_workqueue_struct，每个工作者线程对应一个cpu_workqueue。所以，对于单处理器的ARM9，一个工作对列只有一个cpu_workqueue_struct。
结构体cpu_workqueue_struct：
41 struct cpu_workqueue_struct {
42
43 spinlock_t lock;
44 /*这是内核链表，所有分配在这个处理器的work_struct将通过链表连在一起，等待执行*/
45 struct list_head worklist;
46 wait_queue_head_t more_work;
47 struct work_struct *current_work; //指向当前执行的work_struct
48
49 struct workqueue_struct *wq; //指向关联自己的工作队列
50 struct task_struct *thread; //指向对应的内核线程，即工作者线程
51
52 int run_depth; /* Detect run_workqueue() recursion depth */
53 } ____cacheline_aligned;
由上面知道，当我们调用queue_work来调度任务时，并不是把work_struct添加到等待队列中，而是会被分配到工作对列的成员cpu_workqueue_struct中。
work结构体work_struct：
25 struct work_struct {
26 atomic_long_t data;
27 #define WORK_STRUCT_PENDING 0 /* T if work item pending execution */
28 #define WORK_STRUCT_FLAG_MASK (3UL)
29 #define WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK (~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)
30 struct list_head entry; //cpu_workqueue_struct通过这个成员，将wrok_struct连在一起
31 work_func_t func; //每个任务的处理函数
32 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
33 struct lockdep_map lockdep_map;
34 #endif
35 };
可能上面讲得很乱，下面将来个图来讲解一下，双处理器的情况下：
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四、选择哪个来实现下半部
在2.6内核，提供三种实现中断下半部的方法，软中断、tasklet和工作队列，其中tasklet是基于软中断实现的，两者很相近。而工作队列完全不同，它是靠内核线程实现的。
有这样的一张表：
简单来说，软中断和tasklet优先级较高，性能较好，调度快，但不能睡眠。而工作队列是内核的进程调度，相对来说较慢，但能睡眠。所以，如果你的下半部需要睡眠，那只能选择动作队列。否则最好用tasklet。
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五、总结
这节简单介绍了工作队列的使用和实现。其中，还有函数能够使指定工作队列的任务延时执行，相关的结构体和函数有：
struct delayed_work
DECLARE_DELAYED_WORK(n,f)
INIT_DELAYED_WORK(struct delayed_work *work, void (*function)(void *));
int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *queue, struct delayed_work *work, unsigned long delay);
schedule_delayed_work(struct delayed_work *work, unsigned long delay)
有兴趣自己看看，很简单。
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源代码：
6th_irq_3(2).rar
