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了解中断-共享队列

文章目录

概念
- 工作项 - work_struct
一、参考资料
二、共享工作队列的 API 方法
三、共享队列使用方法-核心api方法说明
四、共享队列驱动程序调试
五、共享工作队列 vs. Tasklet
总结

概念

工作队列是实现中断下半部分的机制之一，是一种用于管理任务的数据结构或机制。它通常用于多线程，多进程或分布式系统中，用于协调和分配待处理的任务给可用的工作线程或工作进程。

个人理解：队列队列就是queue,和我们其它语言中的概念并无太大区别，放置元素地方嘛。这里我们了解的共享工作队列里面放置的是工作项： work_struct

工作项 - work_struct

工作队列里面放的是工作项，我们看看这个结构体定义：

struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */
};
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work); //工作函数

暂时可以理解为一个元素对象吧，在C语言中就是结构体表示而已。

一、参考资料

RK3568中断-tasklet
Linux驱动实践：中断处理中的【工作队列】 workqueue 是什么鬼？
RK3568驱动指南｜第五期-中断-第44章共享工作队列实验
 linux中断下文工作队列之共享工作队列（中断四）

二、共享工作队列的 API 方法

函数/宏	说明
DECLARE_WORK(name, func)	静态定义工作，并绑定处理函数
INIT_WORK(work, func)	动态初始化工作
schedule_work(work)	调度工作（加入 system_wq 队列）
schedule_delayed_work(dwork, delay)	延迟调度（delay 单位：jiffies）
cancel_work_sync(work)	取消工作，并等待其完成
flush_scheduled_work()	刷新全局共享队列（等待所有工作完成）

其中核心方法动态初始化 INIT_WORK ->调度共享队列-> schedule_work

三、共享队列使用方法-核心api方法说明

初始化工作项-INIT_WORK

在实际的驱动开发中，我们只需要定义工作项(work_struct)即可，关于工作队列和工作者线程我们基本不用去管。简单创建工作很简单，直接定义一个 work_struct 结构体变量即可，然后使用 INIT_WORK 宏来初始化工作， INIT_WORK 宏定义如下：

#define INIT_WORK(_work,_func)

INIT_WORK 宏接受两个参数： _work 和 _func，分别表示要初始化的工作项和工作项的处理函数。

调度/取消调度工作队列函数-schedule_work- cancel_work_sync

和 tasklet 一样，工作也是需要调度才能运行的，工作的调度函数为 schedule_work，函数原型如下所示：

static inline bool schedule_work(struct work_struct *work)

参数是指向工作项的指针。这个函数作用是将工作项提交到工作队列中，并请求调度器在合适的时机执行工作项。该函数会返回一个布尔值，表示工作项是否成功被提交到工作队列。
如果想要取消该工作项的调度，使用以下函数：

bool cancel_work_sync(struct work_struct *work);

参数是指向工作项的指针。这个函数的作用是取消该工作项的调度。如果工作项已经在工作队列中，它将被从队列中移除。如果工作项已经在工作队列中，它将被从队列中移除，并等待工作项执行完成。函数返回一个布尔值，表示工作项是否成功取消

小结

对比中断task RK3568中断-tasklet 会发现使用基本一致。

在驱动加载的时候初始化相关内容，这里初始化的是工作项，同步绑定工作项处理函数。
初始化完成后，在中断触发回调的中断上文函数中，执行中断下文机制。这里机制是让共享工作队列调度工作项 schedule_work 方法。
我们一直说共享工作队列，有共享队列的方法？没有，它是系统内部机制，驱动程序上面看不到的，负责调度工作项即可。

四、共享队列驱动程序调试

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/workqueue.h>

int irq;

struct work_struct test_workqueue;
// 工作项处理函数
void test_work(struct work_struct *work)
{
  msleep(1000);
  printk("This is test_work\n");
}
// 中断处理函数
irqreturn_t test_interrupt(int irq, void *args)
{
  printk("This is test_interrupt\n");
  // 提交工作项到工作队列
  schedule_work(&test_workqueue);
  return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int interrupt_irq_init(void)
{
  int ret;
  irq = gpio_to_irq(101); // 将GPIO映射为中断号
  printk("irq is %d\n", irq);
  // 请求中断
  ret = request_irq(irq, test_interrupt, IRQF_TRIGGER_RISING, "test", NULL);
  if (ret < 0)
  {
    printk("request_irq is error\n");
    return -1;
  }
  // 初始化工作项
  INIT_WORK(&test_workqueue, test_work);
  return 0;
}

static void interrupt_irq_exit(void)
{
  free_irq(irq, NULL); // 释放中断
  printk("bye bye\n");
}

module_init(interrupt_irq_init);
module_exit(interrupt_irq_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("fangchen");

加载驱动后，点击屏幕，看一下内核日志：
在这里插入图片描述

思考

如同上面所说，我们一直说共享工作队列，有共享队列的方法？没有，它是系统内部机制，驱动程序上面看不到的，负责调度工作项即可。 schedule_work 方法实际上就是把工作项提交到共享工作队列中。
你看日志打印，为什么 This is test_interrupt 一直打印，This is test_work 只是打印了两次。这里要搞清楚 msleep(1000); 用法。如：msleep 阻塞导致调度延迟如果频繁调用 schedule_work()，而工作项中的 msleep(1000) 尚未完成，后续调度可能被合并或丢弃。

共享工作队列的适用场景

需要睡眠的任务（如内存分配、I/O 操作）。
非紧急的中断下半部（如数据处理、日志记录）。
替代 Tasklet：如果 Tasklet 不能睡眠，但任务需要调用可能阻塞的函数。

共享工作队列的限制

调度延迟不可控：由于共享队列，可能被其他任务影响。
不适合高实时性任务：如果要求低延迟，应使用自定义工作队列或 SoftIRQ。

五、共享工作队列 vs. Tasklet

特性	共享工作队列	Tasklet
执行上下文	进程上下文（可睡眠）	软中断上下文（不可睡眠）
并发性	可能并行（多 CPU）	同一 Tasklet 串行执行
适用场景	耗时、可能阻塞的任务	轻量级、原子性任务
调度方式	schedule_work()	tasklet_schedule()