等待队列

sdlizhe

最近学习Linux Driver，学习到wait queue时，仔细查了一下，发现这篇文章比较好，所以转载过来。介绍的还是很清楚的。
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。
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。


本文来自ChinaUnix博客，如果查看原文请点：http://blog.chinaunix.net/u2/67707/showart_698568.html