Linux系統(tǒng)中如何實(shí)現(xiàn)等待隊(duì)列？

在Linux內(nèi)核中使用等待隊(duì)列的過(guò)程很簡(jiǎn)單，首先定義一個(gè)wait_queue_head,然后如果一個(gè)task想等待某種事件，那么調(diào)用wait_event(等待隊(duì)列，事件)就可以了。

等待隊(duì)列應(yīng)用廣泛，但是內(nèi)核實(shí)現(xiàn)卻十分簡(jiǎn)單。其涉及到兩個(gè)比較重要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：__wait_queue_head,該結(jié)構(gòu)描述了等待隊(duì)列的鏈頭，其包含一個(gè)鏈表和一個(gè)原子鎖，結(jié)構(gòu)定義如下：

struct __wait_queue_head {

spinlock_t lock; /* 保護(hù)等待隊(duì)列的原子鎖 */

struct list_head task_list; /* 等待隊(duì)列 */

};

__wait_queue,該結(jié)構(gòu)是對(duì)一個(gè)等待任務(wù)的抽象。每個(gè)等待任務(wù)都會(huì)抽象成一個(gè)wait_queue,并且掛載到wait_queue_head上。該結(jié)構(gòu)定義如下：

struct __wait_queue {

unsigned int flags;

void *private; /* 通常指向當(dāng)前任務(wù)控制塊 */

/* 任務(wù)喚醒操作方法，該方法在內(nèi)核中提供，通常為autoremove_wake_function */

wait_queue_func_t func;

struct list_head task_list; /* 掛入wait_queue_head的掛載點(diǎn) */

};

Linux中等待隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)思想如下圖所示，當(dāng)一個(gè)任務(wù)需要在某個(gè)wait_queue_head上睡眠時(shí)，將自己的進(jìn)程控制塊信息封裝到wait_queue中，然后掛載到wait_queue的鏈表中，執(zhí)行調(diào)度睡眠。當(dāng)某些事件發(fā)生后，另一個(gè)任務(wù)(進(jìn)程)會(huì)喚醒wait_queue_head上的某個(gè)或者所有任務(wù)，喚醒工作也就是將等待隊(duì)列中的任務(wù)設(shè)置為可調(diào)度的狀態(tài)，并且從隊(duì)列中刪除。

使用等待隊(duì)列時(shí)首先需要定義一個(gè)wait_queue_head,這可以通過(guò)DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD宏來(lái)完成，這是靜態(tài)定義的方法。該宏會(huì)定義一個(gè)wait_queue_head,并且初始化結(jié)構(gòu)中的鎖以及等待隊(duì)列。當(dāng)然，動(dòng)態(tài)初始化的方法也很簡(jiǎn)單，初始化一下鎖及隊(duì)列就可以了。

一個(gè)任務(wù)需要等待某一事件的發(fā)生時(shí)，通常調(diào)用wait_event,該函數(shù)會(huì)定義一個(gè)wait_queue,描述等待任務(wù)，并且用當(dāng)前的進(jìn)程描述塊初始化wait_queue,然后將wait_queue加入到wait_queue_head中。函數(shù)實(shí)現(xiàn)流程說(shuō)明如下：

1、用當(dāng)前的進(jìn)程描述塊(PCB)初始化一個(gè)wait_queue描述的等待任務(wù)。

2、在等待隊(duì)列鎖資源的保護(hù)下，將等待任務(wù)加入等待隊(duì)列。

3、判斷等待條件是否滿足，如果滿足，那么將等待任務(wù)從隊(duì)列中移出，退出函數(shù)。

4、 如果條件不滿足，那么任務(wù)調(diào)度，將CPU資源交與其它任務(wù)。

5、 當(dāng)睡眠任務(wù)被喚醒之后，需要重復(fù)(2)、(3)步驟，如果確認(rèn)條件滿足，退出等待事件函數(shù)。

等待隊(duì)列編程接口

1

wait_event

這是一個(gè)宏，讓當(dāng)前任務(wù)處于等待事件狀態(tài)。輸入?yún)?shù)如下：

@wq:等待隊(duì)列

@conditions:等待條件

2

wait_event_timeout

功能與wait_event類(lèi)似，多了一個(gè)超時(shí)機(jī)制。參數(shù)中多了一項(xiàng)超時(shí)時(shí)間。

3

wait_event_interruptible

這是一個(gè)宏，與前兩個(gè)宏相比，該宏定義的等待能夠被消息喚醒。如果被消息喚醒，那么返回- ERESTARTSYS.輸入?yún)?shù)如下：

@wq:等待隊(duì)列

@condition:等待條件

@rt:返回值

4

wait_event_interruptible_timeout

與(3)相比，多了超時(shí)機(jī)制

5

wake_up

喚醒等待隊(duì)列中的一個(gè)任務(wù)

6

wake_up_all

喚醒等待隊(duì)列中的所有任務(wù) 

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