等待队列和异步信号

来源：互联网发布：绝地大师软件编辑：程序博客网时间：2024/06/07 13:01

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD()的说明

(name) -- 生成一个等待队列头wait_queue_head_t,名字为name
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#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD (name) /
wait_queue_head_t name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name)

#define __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER (name) { /
.lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.lock), /
.task_list = { &(name).task_list, &(name).task_list } }

typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t ;
struct __wait_queue_head {
spinlock_t lock;
struct list_head task_list;
};

wait_event_interruptible()。该函数修改task的状态为TASK_INTERRUPTIBLE，意味着改进程将不会继续运行直到被唤醒，然后被添加到等待队列wq中。
在wait_event_interruptible()中首先判断condition是不是已经满足，如果是则直接返回0，否则调用__wait_event_interruptible()，并用__ret来存放返回值
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#define wait_event_interruptible(wq, condition) /
({ /
int __ret = 0; /
if (!(condition)) /
__wait_event_interruptible(wq, condition, __ret);/
__ret; /
})

wait queue很早就作为一个基本的功能单位出现在Linux内核里了，它以队列为基础数据结构，与进程调度机制紧密结合，能够用于实现核心的异步事件通知机制。我们从它的使用范例着手，看看等待队列是如何实现异步信号功能的。

在核心运行过程中，经常会因为某些条件不满足而需要挂起当前线程，直至条件满足了才继续执行。在2.4内核中提供了一组新接口来实现这样的功能，下面的代码节选自kernel/printk.c：

    unsigned long log_size;1:  DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(log_wait);...4:  spinlock_t console_lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED;...    int do_syslog(int type,char *buf,int len){        ...2:      error=wait_event_interruptible(log_wait,log_size);        if(error)             goto out;        ...5:      spin_lock_irq(&console_lock);...        log_size--;        ...6:spin_unlock_irq(&console_lock);        ...    }    asmlinkage int printk(const char *fmt,...){...7:spin_lock_irqsave(&console_lock,flags);        ...        log_size++;...8:spin_unlock_irqrestore(&console_lock,flags);3:      wake_up_interruptible(&log_wait);        ...    }

这段代码实现了printk调用和syslog之间的同步，syslog需要等待printk送数据到缓冲区，因此，在2:处等待log_size非0；而printk一边传送数据，一边增加log_size的值，完成后唤醒在log_wait上等待的所有线程（这个线程不是用户空间的线程概念，而是核内的一个执行序列）。执行了3:的wake_up_interruptible()后，2:处的wait_event_interruptible()返回0，从而进入syslog的实际动作。

1:是定义log_wait全局变量的宏调用。

在实际操作log_size全局变量的时候，还使用了spin_lock自旋锁来实现互斥，关于自旋锁，这里暂不作解释，但从这段代码中已经可以清楚的知道它的使用方法了。

所有wait queue使用上的技巧体现在wait_event_interruptible()的实现上，代码位于include/linux/sched.h中，前置数字表示行号：

779 #define __wait_event_interruptible(wq, condition, ret)                  /780 do {                                                                    /781         wait_queue_t __wait;                                            /782         init_waitqueue_entry(&__wait, current);                         /783                                                                         /784         add_wait_queue(&wq, &__wait);                                   /785         for (;;) {                                                      /786                 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);                  /787                 if (condition)                                          /788                         break;                                          /789                 if (!signal_pending(current)) {                         /790                         schedule();                                     /791                         continue;                                       /792                 }                                                       /793                 ret = -ERESTARTSYS;                                     /794                 break;                                                  /795         }                                                               /796         current->state = TASK_RUNNING;                                  /797         remove_wait_queue(&wq, &__wait);                                /798 } while (0)799         800 #define wait_event_interruptible(wq, condition)                         /801 ({                                                                      /802         int __ret = 0;                                                  /803         if (!(condition))                                               /804                 __wait_event_interruptible(wq, condition, __ret);       /805         __ret;                                                          /806 })

在wait_event_interruptible()中首先判断condition是不是已经满足，如果是则直接返回0，否则调用__wait_event_interruptible()，并用__ret来存放返回值。__wait_event_interruptible()首先定义并初始化一个wait_queue_t变量__wait，其中数据为当前进程结构current（struct task_struct），并把__wait入队。在无限循环中，__wait_event_interruptible()将本进程置为可中断的挂起状态，反复检查condition是否成立，如果成立则退出，如果不成立则继续休眠；条件满足后，即把本进程运行状态置为运行态，并将__wait从等待队列中清除掉，从而进程能够调度运行。如果进程当前有异步信号（POSIX的），则返回-ERESTARTSYS。

挂起的进程并不会自动转入运行的，因此，还需要一个唤醒动作，这个动作由wake_up_interruptible()完成，它将遍历作为参数传入的log_wait等待队列，将其中所有的元素（通常都是task_struct）置为运行态，从而可被调度到，执行__wait_event_interruptible()中的代码。

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(log_wait)经过宏展开后就是定义了一个log_wait等待队列头变量：

struct __wait_queue_head log_wait = {lock:SPIN_LOCK_UNLOCKED,task_list:      { &log_wait.task_list, &log_wait.task_list }}

其中task_list是struct list_head变量，包括两个list_head指针，一个next、一个prev，这里把它们初始化为自身，属于队列实现上的技巧，其细节可以参阅关于内核list数据结构的讨论，add_wait_queue()和remove_wait_queue()就等同于list_add()和list_del()。

wait_queue_t结构在include/linux/wait.h中定义，关键元素即为一个struct task_struct变量表征当前进程。

除了wait_event_interruptible()/wake_up_interruptible()以外，与此相对应的还有wait_event()和wake_up()接口，interruptible是更安全、更常用的选择，因为可中断的等待可以接收信号，从而挂起的进程允许被外界kill。

wait_event*()接口是2.4内核引入并推荐使用的，在此之前，最常用的等待操作是interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *wq)，当然，与此配套的还有不可中断版本sleep_on()，另外，还有带有超时控制的*sleep_on_timeout()。sleep_on系列函数的语义比wait_event简单，没有条件判断功能，其余动作与wait_event完全相同，也就是说，我们可以用interruptible_sleep_on()来实现wait_event_interruptible()（仅作示意〉：

do{interruptible_sleep_on(&log_wait);        if(condition)break;}while(1);

相对而言，这种操作序列有反复的入队、出队动作，更加耗时，而很大一部分等待操作的确是需要判断一个条件是否满足的，因此2.4才推荐使用wait_event接口。

在wake_up系列接口中，还有一类wake_up_sync()和wake_up_interruptible_sync()接口，保证调度在wake_up返回之后进行。