linux內核工作隊列講解和源碼詳細注釋

1. 前言

工作隊列(workqueue)的Linux內核中的定義的用來處理不是很緊急事件的回調方式處理方法。

以下代碼的linux內核版本為2.6.19.2， 源代碼文件主要為kernel/workqueue.c.

2. 數據結構

/* include/linux/workqueue.h */ // 工作節點結構struct work_struct { // 等待時間unsigned long pending;// 鏈表節點struct list_head entry;// workqueue回調函數void (*func)(void *);// 回調函數func的數據void *data;// 指向CPU相關數據， 一般指向struct cpu_workqueue_struct結構void *wq_data;// 定時器struct timer_list timer;};

struct execute_work { struct work_struct work;};

/* kernel/workqueue.c */ /* * The per-CPU workqueue (if single thread， we always use the first * possible cpu)。

* * The sequence counters are for flush_scheduled_work()。 It wants to wait * until all currently-scheduled works are completed， but it doesn't * want to be livelocked by new， incoming ones. So it waits until * remove_sequence is >= the insert_sequence which pertained when * flush_scheduled_work() was called. */ // 這個結構是針對每個CPU的struct cpu_workqueue_struct { // 結構鎖spinlock_t lock;// 下一個要執行的節點序號long remove_sequence; /* Least-recently added (next to run) */ // 下一個要插入節點的序號long insert_sequence; /* Next to add */ // 工作機構鏈表節點struct list_head worklist;// 要進行處理的等待隊列wait_queue_head_t more_work;// 處理完的等待隊列wait_queue_head_t work_done;// 工作隊列節點struct workqueue_struct *wq;// 進程指針struct task_struct *thread;int run_depth; /* Detect run_workqueue() recursion depth */ } ____cacheline_aligned;/* * The externally visible workqueue abstraction is an array of * per-CPU workqueues：*/ // 工作隊列結構struct workqueue_struct { struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;const char *name;struct list_head list; /* Empty if single thread */ };

kernel/workqueue.c中定義了一個工作隊列鏈表， 所有工作隊列可以掛接到這個鏈表中：static LIST_HEAD(workqueues);

3. 一些宏定義

/* include/linux/workqueue.h */ // 初始化工作隊列#define __WORK_INITIALIZER(n， f， d) { // 初始化list。entry = { (n)。entry， (n)。entry }，// 回調函數。func = (f)，// 回調函數參數。data = (d)，// 初始化定時器。timer = TIMER_INITIALIZER(NULL， 0， 0)，}

// 聲明工作隊列并初始化#define DECLARE_WORK(n， f， d)

struct work_struct n = __WORK_INITIALIZER(n， f， d)

/* * initialize a work-struct's func and data pointers：*/ // 重新定義工作結構參數#define PREPARE_WORK(_work， _func， _data)

do {(_work)->func = _func;(_work)->data = _data;} while (0)

/* * initialize all of a work-struct：*/ // 初始化工作結構， 和__WORK_INITIALIZER功能相同，不過__WORK_INITIALIZER用在// 參數初始化定義， 而該宏用在程序之中對工作結構賦值#define INIT_WORK(_work， _func， _data)

do { INIT_LIST_HEAD((_work)->entry);(_work)->pending = 0;PREPARE_WORK((_work)， (_func)， (_data));init_timer((_work)->timer);} while (0)

4. 操作函數

4.1 創建工作隊列

一般的創建函數是create_workqueue， 但這其實只是一個宏：/* include/linux/workqueue.h */ #define create_workqueue(name) __create_workqueue((name)， 0)

在workqueue的初始化函數中， 定義了一個針對內核中所有線程可用的事件工作隊列， 其他內核線程建立的事件工作結構就都掛接到該隊列：void init_workqueues(void)

{……

keventd_wq = create_workqueue(events);……

}

核心創建函數是__create_workqueue：

struct workqueue_struct *__create_workqueue(const char *name，int singlethread)

{ int cpu， destroy = 0;struct workqueue_struct *wq;struct task_struct *p;// 分配工作隊列結構空間wq = kzalloc(sizeof(*wq)， GFP_KERNEL);if (!wq)

return NULL;// 為每個CPU分配單獨的工作隊列空間wq->cpu_wq = alloc_percpu(struct cpu_workqueue_struct);if (!wq->cpu_wq) { kfree(wq);return NULL;} wq->name = name;mutex_lock(workqueue_mutex);if (singlethread) { // 使用create_workqueue宏時該參數始終為0 // 如果是單一線程模式， 在單線程中調用各個工作隊列// 建立一個的工作隊列內核線程INIT_LIST_HEAD(wq->list);// 建立工作隊列的線程p = create_workqueue_thread(wq， singlethread_cpu);if (!p)

destroy = 1;else // 喚醒該線程wake_up_process(p);} else { // 鏈表模式， 將工作隊列添加到工作隊列鏈表list_add(wq->list， workqueues);// 為每個CPU建立一個工作隊列線程for_each_online_cpu(cpu) { p = create_workqueue_thread(wq， cpu);if (p) { // 綁定CPU kthread_bind(p， cpu);// 喚醒線程wake_up_process(p);} else destroy = 1;} mutex_unlock(workqueue_mutex);/* * Was there any error during startup? If yes then clean up：*/ if (destroy) { // 建立線程失敗， 釋放工作隊列destroy_workqueue(wq);wq = NULL;} return wq;} EXPORT_SYMBOL_GPL(__create_workqueue);

// 創建工作隊列線程static struct task_struct *create_workqueue_thread(struct workqueue_struct *wq，int cpu)

{ // 每個CPU的工作隊列struct cpu_workqueue_struct *cwq = per_cpu_ptr(wq->cpu_wq， cpu);struct task_struct *p;spin_lock_init(cwq->lock);// 初始化cwq->wq = wq;cwq->thread = NULL;cwq->insert_sequence = 0;cwq->remove_sequence = 0;INIT_LIST_HEAD(cwq->worklist);// 初始化等待隊列more_work， 該隊列處理要執行的工作結構init_waitqueue_head(cwq->more_work);// 初始化等待隊列work_done， 該隊列處理執行完的工作結構init_waitqueue_head(cwq->work_done);// 建立內核線程work_thread if (is_single_threaded(wq))