Linux内核实践之工作队列

发表于:2012-4-19 09:59

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 作者:bullbat的专栏    来源:51Testing软件测试网采编

  工作队列(work queue)是另外一种将工作推后执行的形式,它和tasklet有所不同。工作队列可以把工作推后,交由一个内核线程去执行,也就是说,这个下半部分可以在进程上下文中执行。这样,通过工作队列执行的代码能占尽进程上下文的所有优势。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。

  那么,什么情况下使用工作队列,什么情况下使用tasklet。如果推后执行的任务需要睡眠,那么就选择工作队列。如果推后执行的任务不需要睡眠,那么就选择tasklet。另外,如果需要用一个可以重新调度的实体来执行你的下半部处理,也应该使用工作队列。它是唯一能在进程上下文运行的下半部实现的机制,也只有它才可以睡眠。这意味着在需要获得大量的内存时、在需要获取信号量时,在需要执行阻塞式的I/O操作时,它都会非常有用。如果不需要用一个内核线程来推后执行工作,那么就考虑使用tasklet。

  1、工作、工作队列和工作者线程

  如前所述,我们把推后执行的任务叫做工作(work),描述它的数据结构为work_struct,这些工作以队列结构组织成工作队列(workqueue),其数据结构为workqueue_struct,而工作线程就是负责执行工作队列中的工作。系统默认的工作者线程为events,自己也可以创建自己的工作者线程。

  2、表示工作的数据结构

  工作用<linux/workqueue.h>中定义的work_struct结构表示:

struct work_struct {
         atomic_long_t data;
#define WORK_STRUCT_PENDING 0            /* T if work item pending execution */
#define WORK_STRUCT_FLAG_MASK (3UL)
#define WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK (~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)
         struct list_head entry;
         work_func_t func;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
         struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};

  这些结构被连接成链表。当一个工作者线程被唤醒时,它会执行它的链表上的所有工作。工作被执行完毕,它就将相应的work_struct对象从链表上移去。当链表上不再有对象的时候,它就会继续休眠。

  3、创建推后的工作

  要使用工作队列,首先要做的是创建一些需要推后完成的工作。可以通过DECLARE_WORK在编译时静态地建该结构:

DECLARE_WORK(name, void (*func) (void*), void *data);

  这样就会静态地创建一个名为name,待执行函数为func,参数为data的work_struct结构。

  同样,也可以在运行时通过指针创建一个工作:

INIT_WORK(struct work_struct *work, woid(*func) (void *), void *data);

  这会动态地初始化一个由work指向的工作。

  4、工作队列中待执行的函数

  工作队列待执行的函数原型是:

void work_handler(void*data)

  这个函数会由一个工作者线程执行,因此,函数会运行在进程上下文中。默认情况下,允许响应中断,并且不持有任何锁。如果需要,函数可以睡眠。需要注意的是,尽管该函数运行在进程上下文中,但它不能访问用户空间,因为内核线程在用户空间没有相关的内存映射。通常在系统调用发生时,内核会代表用户空间的进程运行,此时它才能访问用户空间,也只有在此时它才会映射用户空间的内存。

  5、对工作进行调度

  现在工作已经被创建,我们可以调度它了。想要把给定工作的待处理函数提交给缺省的events工作线程,只需调用

  schedule_work(&work);

  work马上就会被调度,一旦其所在的处理器上的工作者线程被唤醒,它就会被执行。

  有时候并不希望工作马上就被执行,而是希望它经过一段延迟以后再执行。在这种情况下,可以调度它在指定的时间执行:

schedule_delayed_work(&work,delay);

  这时,&work指向的work_struct直到delay指定的时钟节拍用完以后才会执行。

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