Linux等待队列wait_queue_head_t和wait_queue_t
来源:互联网 发布:开源企业软件 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 05:46
Linux等待队列wait_queue_head_t和wait_queue_t
August 18, 2015 7:46 PM
【整理自】http://blog.csdn.net/luoqindong/article/details/17840095
- Linux等待队列wait_queue_head_t和wait_queue_t
- 定义
- 作用
- 字段详解
- 操作
- 定义并初始化
- 从等待队列头中添加移出等待队列
- 等待事件
- 唤醒队列
- 在等待队列上睡眠
等待队列在Linux内核中有着举足轻重的作用,很多Linux驱动程序或多或少都涉及到了等待队列。因此,对于Linux内核驱动程序来说,掌握等待队列是必须课之一。 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接合,能够用于实现核心的异步事件通知机制。它有两种数据结构: 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”。它通过一个双链表把等待task的头和等待的进程列表链接起来。下面具体介绍。
定义
头文件: /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;
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。
字段详解
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。struct list_head task_list;
双向循环链表,存放等待的进程。
操作
1. 定义并初始化
(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)。
(3)定义等待队列:
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设置为tsk。wait_queue_t类型定义如下:
struct __wait_queue { unsigned int flags;#define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 struct task_struct * task; wait_queue_func_t func; struct list_head task_list;};typedef struct __wait_queue wait_queue_t;
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(0×01)
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
。
2. (从等待队列头中)添加/移出等待队列:
(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);}EXPORT_SYMBOL(add_wait_queue);
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);}EXPORT_SYMBOL(add_wait_queue_exclusive);
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);}EXPORT_SYMBOL(remove_wait_queue);
3. 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(wq, condition) \do { \ DEFINE_WAIT(__wait); \ \ for (;;) { \ prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \ if (condition) \ break; \ schedule(); \ } \ finish_wait(&wq, &__wait); \} while (0)
(2)wait_event_interruptible()
函数:
和wait_event()
的区别是调用该宏在等待的过程中当前进程会被设置为TASK_INTERRUPTIBLE
状态.在每次被唤醒的时候,首先检查condition
是否为真,如果为真则返回,否则检查如果进程是被信号唤醒,会返回-ERESTARTSYS
错误码. 如果是condition
为真, 则返回0.
(3)wait_event_timeout()
宏:
也与wait_event()
类似.不过如果所给的睡眠时间为负数则立即返回.如果在睡眠期间被唤醒,且condition
为真则返回剩余的睡眠时间,否则继续睡眠直到到达或超过给定的睡眠时间,然后返回0.
(4)wait_event_interruptible_timeout()
宏:
与wait_event_timeout()
类似,不过如果在睡眠期间被信号打断则返回ERESTARTSYS
错误码.
(5)wait_event_interruptible_exclusive()
宏
同样和wait_event_interruptible()
一样,不过该睡眠的进程是一个互斥进程.
4. 唤醒队列:
(1)wake_up()函数:
#define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)/** * __wake_up - wake up threads blocked on a waitqueue. * @q: the waitqueue * @mode: which threads * @nr_exclusive: how many wake-one or wake-many threads to wake up */void fastcall __wake_up(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, void *key){ unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __wake_up_common(q, mode, nr_exclusive, 0, key); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);}
唤醒等待队列. 可唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE
和TASK_UNINTERUPTIBLE
状态的进程,和wait_event/wait_event_timeout
成对使用.
(2)wake_up_interruptible()
函数:
#define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
和wake_up()唯一的区别是它只能唤醒TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程. 与wait_event_interruptible/wait_event_interruptible_timeout/ wait_event_interruptible_exclusive
成对使用.
(3)
#define wake_up_all(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL)#define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)#define wake_up_interruptible_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL)
这些也基本都和wake_up/wake_up_interruptible
一样.
5. 在等待队列上睡眠:
(1) sleep_on()函数:
void fastcall __sched sleep_on(wait_queue_head_t *q){ SLEEP_ON_VAR current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE; SLEEP_ON_HEAD schedule(); SLEEP_ON_TAIL}EXPORT_SYMBOL(sleep_on);#define SLEEP_ON_VAR \ unsigned long flags; \ wait_queue_t wait; \ init_waitqueue_entry(&wait, current);#define SLEEP_ON_HEAD \ spin_lock_irqsave(&q->lock,flags); \ __add_wait_queue(q, &wait); \ spin_unlock(&q->lock);#define SLEEP_ON_TAIL \ spin_lock_irq(&q->lock); \ __remove_wait_queue(q, &wait); \ spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
该函数的作用是定义一个等待队列wait
,并将当前进程添加到等待队列中wait
,然后将当前进程的状态置为TASK_UNINTERRUPTIBLE
,并将等待队列wait
添加到等待队列头q
中。之后就被挂起直到资源可以获取,才被从等待队列头q
中唤醒,从等待队列头中移出。在被挂起等待资源期间,该进程不能被信号唤醒。
(2)sleep_on_timeout()
函数:
long fastcall __sched sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q, long timeout){ SLEEP_ON_VAR current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE; SLEEP_ON_HEAD timeout = schedule_timeout(timeout); SLEEP_ON_TAIL return timeout;}
(3)interruptible_sleep_on()
函数:
void fastcall __sched interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *q){ SLEEP_ON_VAR current->state = TASK_INTERRUPTIBLE; SLEEP_ON_HEAD schedule(); SLEEP_ON_TAIL}
该函数和sleep_on()
函数唯一的区别是将当前进程的状态置为TASK_INTERRUPTINLE
,这意味在睡眠如果该进程收到信号则会被唤醒。
(4)interruptible_sleep_on_timeout()
函数:
long fastcall __sched sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q, long timeout){ SLEEP_ON_VAR current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE; SLEEP_ON_HEAD timeout = schedule_timeout(timeout); SLEEP_ON_TAIL return timeout;}
类似于sleep_on_timeout()
函数。进程在睡眠中可能在等待的时间没有到达就被信号打断而被唤醒,也可能是等待的时间到达而被唤醒。
以上四个函数都是让进程在等待队列上睡眠,不过是小有诧异而已。在实际用的过程中,根据需要选择合适的函数使用就是了。例如在对软驱数据的读写中,如果设备没有就绪则调用sleep_on()
函数睡眠直到数据可读(可写),在打开串口的时候,如果串口端口处于关闭状态则调用interruptible_sleep_on()
函数尝试等待其打开。在声卡驱动中,读取声音数据时,如果没有数据可读,就会等待足够常的时间直到可读取。
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