linux 工作队列(workqueue)——非常详细易懂

超、凢脫俗 2022-06-03 05:27 1118阅读 0赞

http://blog.csdn.net/liuxd3000/article/details/7700247

在处理内核相关工作中, 我们经常看到工作队列(workqueue)的身影. 本文描述何为 linux workqueue.本文基于 2.6.32 的内核, 此时的工作队列还不是 cmwq.  
  
为什么使用 workqueue?  
  
在内核代码中, 经常希望延缓部分工作到将来某个时间执行, 这样做的原因很多, 比如  
  
.在持有锁时做大量(或者说费时的)工作不合适.  
.希望将工作聚集以获取批处理的性能.  
.调用了一个可能导致睡眠的函数使得在此时执行新调度非常不合适.  
...  
内核中提供了许多机制来提供延迟执行, 使用最多则是 workqueue.  
  
.如中断的下半部处理可延迟中断上下文中的部分工作;  
.定时器可指定延迟一定时间后执行某工作;  
.workqueue 则允许在进程上下文环境下延迟执行;  
.内核中曾短暂出现过的慢工作机制 (slow work mechanism);  
.异步函数调用(asynchronous function calls);  
.各种私有实现的线程池;  
...  
术语  
  
workqueue: 所有工作项(需要被执行的工作)被排列于该队列.  
worker thread: 是一个用于执行 workqueue 中各个工作项的内核线程, 当 workqueue 中没有工作项时, 该线程将变为 idle 状态.  
single threaded(ST): worker thread 的表现形式之一, 在系统范围内, 只有一个 worker thread 为 workqueue 服务.  
multi threaded(MT): worker thread 的表现形式之一, 在多 CPU 系统上每个 CPU 上都有一个 worker thread 为 workqueue 服务.  
使用步骤  
  
  
创建 workqueue(如果使用内核默认的 workqueue, 此步骤略过).  
创建工作项 work\_struct.  
向 workqueue 提交工作项.  
工作项  
  
  
数据结构(略有调整):  
  
  
struct work\_struct \{  
    atomic\_long\_t data;  
    struct list\_head entry;  
    work\_func\_t func;  
    struct lockdep\_map lockdep\_map;  
\};  
struct delayed\_work \{  
    struct work\_struct work;  
    struct timer\_list timer;  
\};  
静态地创建工作项:  
  
DECLARE\_WORK(n, f)  
DECLARE\_DELAYED\_WORK(n, f)  
动态地创建工作项:  
  
INIT\_WORK(struct work\_struct work, work\_func\_t func);   
PREPARE\_WORK(struct work\_struct work, work\_func\_t func);   
INIT\_DELAYED\_WORK(struct delayed\_work work, work\_func\_t func);   
PREPARE\_DELAYED\_WORK(struct delayed\_work work, work\_func\_t func);   
内核默认的 workqueue  
  
查阅源码可知, 内核默认的全局 workqueue 应为:  
  
// 定义  
static struct workqueue\_struct \*keventd\_wq \_\_read\_mostly;  
  
  
// 初始化  
...  
keventd\_wq = create\_workqueue("events"); // MT worker thread 模式.  
...  
  
  
// 确认对应的内核线程数目, 应等于 CPU 核数  
$ lscpu  
Architecture:          x86\_64  
CPU(s):                3  
Thread(s) per core:    1  
$ ps aux | grep "events"  
root         9  0.0  0.0      0     0 ?        S    Feb09   1:15 \[events/0\]  
root        10  0.0  0.0      0     0 ?        S    Feb09   0:59 \[events/1\]  
root        11  0.0  0.0      0     0 ?        S    Feb09   0:59 \[events/2\]  
工作项加入 keventd\_wq 由下面两个函数之一完成:  
  
  
int schedule\_work(struct work\_struct \*work)  
\{  
    return queue\_work(keventd\_wq, work);  
\}  
int schedule\_delayed\_work(struct delayed\_work \*dwork, unsigned long delay)  
\{  
    return queue\_delayed\_work(keventd\_wq, dwork, delay);  
\}  
用户自定义的 workqueue  
  
创建 workqueue:  
  
create\_singlethread\_workqueue(name) // 仅对应一个内核线程  
create\_workqueue(name) // 对应多个内核线程, 同上文.  
向 workqueue 中提交工作项:  
  
int queue\_work(workqueue\_t \*queue, work\_t \*work);   
int queue\_delayed\_work(workqueue\_t \*queue, work\_t \*work, unsigned long delay);   
取消 workqueue 中挂起的工作项以及释放 workqueue 此处略过.  
  
工作队列的优点  
  
使用简单.  
执行在进程上下文, 从而可以睡眠, 被调度和抢占.  
在多核环境下使用也非常友好.  
example  
  
\#include <linux/module.h>  
\#include <linux/init.h>  
\#include <linux/workqueue.h>  
  
static struct workqueue\_struct \*queue = NULL;  
static struct work\_struct work;  
  
static void work\_handler(struct work\_struct \*data)  
\{  
    printk(KERN\_ALERT "work handler for work\_item in queue helloworkqueue\\n");  
    // workqueue 中的每个工作完成之后就被移除 workqueue.  
    // 下面的语句会造成"死机", 原因可能是该 workqueue 占据了所有的 CPU 时间.  
    // queue\_work(queue, &work);  
\}  
  
static int \_\_init test\_init(void)  
\{  
    queue = create\_singlethread\_workqueue("helloworkqueue");  
    if (!queue)  
    \{     
        goto err;  
    \}     
    INIT\_WORK(&work, work\_handler);  
    queue\_work(queue, &work);  
  
    return 0;  
err:  
    return -1;   
\}  
static void \_\_exit test\_exit(void)  
\{  
    destroy\_workqueue(queue);  
\}  
  
MODULE\_LICENSE("GPL");  
module\_init(test\_init);  
module\_exit(test\_exit);  
view rawworkqueue\_example.cThis Gist brought to you by GitHub.  
Makefile:  
  
obj-m := wq.o  
default:  
    make -C /usr/src/linux-2.6.32.12-0.7 M=\`pwd\` modules