Linux中的工作队列

Love The Way You Lie 2022-10-01 01:50 146阅读 0赞

［前记］Linux自从2.6.20之后，工作队列发生了一些变化，目前从网络上搜索的资料一般都是介绍老版本的工作队列，很少见到对新版本的介绍。本文对新老版本都做了简要概述，并分别提供了简单的实作案例。  
  
  
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工作队列 (work queue)  是 Linux kernel  中将工作推后执行的一种机制。这种机制和 BH  或 Tasklets  不同之处在于工作队列是把推后的工作交由一个内核线程去执行，因此工作队列的优势就在于它允许重新调度甚至睡眠。

工作队列是 2.6  内核开始引入的机制，在 2.6.20  之后，工作队列的数据结构发生了一些变化，因此本文分成两个部分对 2.6.20  之前和之后的版本分别做介绍。

1  、 2.6.0~2.6.19

数据结构：

struct work\_struct \{

unsigned long pending;

struct list\_head entry;

void (\*func)(void \*);

void \*data;

void \*wq\_data;

struct timer\_list timer;

\};

pending  是用来记录工作是否已经挂在队列上；

entry  是循环链表结构；

func  作为函数指针，由用户实现；

data  用来存储用户的私人数据，此数据即是 func  的参数；

wq\_data  一般用来指向工作者线程（工作者线程参考下文）；

timer  是推后执行的定时器。

work\_struct  的这些变量里， func  和 data  是用户使用的，其他是内部变量，我们可以不用太过关心。

API  ：

1) INIT\_WORK(\_work, \_func, \_data)

初始化指定工作，目的是把用户指定的函数 \_func  及 \_func  需要的参数 \_data  赋给 work\_struct  的 func  及 data  变量。

2) int schedule\_work(struct work\_struct \*work)

对工作进行调度，即把给定工作的处理函数提交给缺省的工作队列和工作者线程。工作者线程本质上是一个普通的内核线程，在默认情况下，每个 CPU  均有一个类型为“events”  的工作者线程，当调用 schedule\_work  时，这个工作者线程会被唤醒去执行工作链表上的所有工作。

3) int schedule\_delayed\_work(struct work\_struct \*work, unsigned long delay)

延迟执行工作，与 schedule\_work  类似。

4) void flush\_scheduled\_work(void)

刷新缺省工作队列。此函数会一直等待，直到队列中的所有工作都被执行。

5) int cancel\_delayed\_work(struct work\_struct \*work)

flush\_scheduled\_work  并不取消任何延迟执行的工作，因此，如果要取消延迟工作，应该调用 cancel\_delayed\_work  。

以上均是采用缺省工作者线程来实现工作队列，其优点是简单易用，缺点是如果缺省工作队列负载太重，执行效率会很低，这就需要我们创建自己的工作者线程和工作队列。

API  ：

1) struct workqueue\_struct \*create\_workqueue(const char \*name)

创建新的工作队列和相应的工作者线程， name  用于该内核线程的命名。

2) int queue\_work(struct workqueue\_struct \*wq, struct work\_struct \*work)

类似于 schedule\_work  ，区别在于 queue\_work  把给定工作提交给创建的工作队列 wq  而不是缺省队列。

3) int queue\_delayed\_work(struct workqueue\_struct \*wq, struct work\_struct \*work, unsigned long delay)

延迟执行工作。

4) void flush\_workqueue(struct workqueue\_struct \*wq)

刷新指定工作队列。

5) void destroy\_workqueue(struct workqueue\_struct \*wq)

释放创建的工作队列。

下面一段代码可以看作一个简单的实作：

void my\_func(void \*data)

char \*name = (char \*)data;

printk(KERN\_INFO “Hello world, my name is %s!/n”, name);

struct workqueue\_struct \*my\_wq = create\_workqueue(“my wq”);

struct work\_struct my\_work;

INIT\_WORK(&my\_work, my\_func, “Jack”);

queue\_work(my\_wq, &my\_work);

destroy\_workqueue(my\_wq);

2  、 2.6.20~2.6.??

自 2.6.20  起，工作队列的数据结构发生了一些变化，使用时不能沿用旧的方法。

数据结构：

typedef void (\*work\_func\_t)(struct work\_struct \*work);

struct work\_struct \{

atomic\_long\_t data;

struct list\_head entry;

work\_func\_t func;

\};

与 2.6.19  之前的版本相比， work\_struct  瘦身不少。粗粗一看， entry  和之前的版本相同， func  和 data  发生了变化，另外并无其他的变量。

entry  我们不去过问，这个和以前的版本完全相同。 data  的类型是 atomic\_long\_t  ，这个类型从字面上看可以知道是一个原子类型。第一次看到这个变量时，很容易误认为和以前的 data  是同样的用法，只不过类型变了而已，其实不然，这里的 data  是之前版本的 pending  和 wq\_data  的复合体，起到了以前的 pending  和 wq\_data  的作用。

func  的参数是一个 work\_struct  指针，指向的数据就是定义 func  的 work\_struct  。

看到这里，会有两个疑问，第一，如何把用户的数据作为参数传递给 func  呢？以前有 void \*data  来作为参数，现在好像完全没有办法做到；第二，如何实现延迟工作？目前版本的 work\_struct  并没有定义 timer  。

解决第一个问题，需要换一种思路。 2.6.20  版本之后使用工作队列需要把 work\_struct  定义在用户的数据结构中，然后通过 container\_of  来得到用户数据。具体用法可以参考稍后的实作。

对于第二个问题，新的工作队列把 timer  拿掉的用意是使得 work\_struct  更加单纯。首先回忆一下之前版本，只有在需要延迟执行工作时才会用到 timer  ，普通情况下 timer  是没有意义的，所以之前的做法在一定程度上有些浪费资源。所以新版本中，将 timer  从 work\_struct  中拿掉，然后又定义了一个新的结构 delayed\_work  用于处理延迟执行：

struct delayed\_work \{

struct work\_struct work;

struct timer\_list timer;

\};

下面把 API  罗列一下，每个函数的解释可参考之前版本的介绍或者之后的实作：

1) INIT\_WORK(struct work\_struct \*work, work\_func\_t func)

2) INIT\_DELAYED\_WORK(struct delayed\_work \*work, work\_func\_t func)

3) int schedule\_work(struct work\_struct \*work)

4) int schedule\_delayed\_work(struct delayed\_work \*work, unsigned long delay)

5) struct workqueue\_struct \*create\_workqueue(const char \*name)

6) int queue\_work(struct workqueue\_struct \*wq, struct work\_struct \*work)

7) int queue\_delayed\_work(struct workqueue\_struct \*wq, struct delayed\_work \*work, unsigned long delay)