等待队列二

Linux内核里的等待队列机制在做驱动开发时用的非常多,多用来实现阻塞式访问,下面简单总结了等待队列的四种用法,希望对读者有所帮助。

1. 睡眠等待某个条件发生(条件为假时睡眠):

    睡眠方式:wait_event, wait_event_interruptible
            唤醒方式:wake_up (唤醒时要检测条件是否为真,如果还为假则继续睡眠,唤醒前一定要把条件变为真)

2. 手工休眠方式一:

    1)建立并初始化一个等待队列项
                DEFINE_WAIT(my_wait) <==> wait_queue_t my_wait; init_wait(&my_wait);
            2)将等待队列项添加到等待队列头中,并设置进程的状态
                prepare_to_wait(wait_queue_head_t *queue, wait_queue_t *wait, int state)
            3)调用schedule(),告诉内核调度别的进程运行
            4)schedule返回,完成后续清理工作
                finish_wait()

3. 手工休眠方式二:

    1)建立并初始化一个等待队列项:
                DEFINE_WAIT(my_wait) <==> wait_queue_t my_wait; init_wait(&my_wait);
            2)将等待队列项添加到等待队列头中:
                add_wait_queue
            3)设置进程状态
                __set_current_status(TASK_INTERRUPTIBLE);
            4)schedule()
            5)将等待队列项从等待队列中移除
                remove_wait_queue()

其实,这种休眠方式相当于把手工休眠方式一中的第二步prepare_to_wait拆成两步做了,即prepare_to_wait <====>add_wait_queue + __set_current_status,其他都是一样的。

4. 老版本的睡眠函数sleep_on(wait_queue_head_t *queue):

    将当前进程无条件休眠在给定的等待队列上,极不赞成使用这个函数,因为它对竞态没有任何保护机制。

先展示下效果 https://pan.quark.cn/s/a4b39357ea24 遗传算法 - 简书 遗传算法的理论是根据达尔文进化论而设计出来的算法: 人类是朝着好的方向(最优解)进化,进化过程中,会自动选择优良基因,淘汰劣等基因。 遗传算法(英语:genetic algorithm (GA) )是计算数学中用于解决最佳化的搜索算法,是进化算法的一种。 进化算法最初是借鉴了进化生物学中的一些现象而发展起来的,这些现象包括遗传、突变、自然选择、杂交等。 搜索算法的共同特征为: 首先组成一组候选解 依据某些适应性条件测算这些候选解的适应度 根据适应度保留某些候选解,放弃其他候选解 对保留的候选解进行某些操作,生成新的候选解 遗传算法流程 遗传算法的一般步骤 my_fitness函数 评估每条染色体所对应个体的适应度 升序排列适应度评估值,选出 前 parent_number 个 个体作为 待选 parent 种群(适应度函数的值越小越好) 从 待选 parent 种群 中随机选择 2 个个体作为父方和母方。 抽取父母双方的染色体,进行交叉,产生 2 个子代。 (交叉概率) 对子代(parent + 生成的 child)的染色体进行变异。 (变异概率) 重复3,4,5步骤,直到新种群(parentnumber + childnumber)的产生。 循环以上步骤直至找到满意的解。 名词解释 交叉概率:两个个体进行交配的概率。 例如,交配概率为0.8,则80%的“夫妻”会生育后代。 变异概率:所有的基因中发生变异的占总体的比例。 GA函数 适应度函数 适应度函数由解决的问题决定。 举一个平方和的例子。 简单的平方和问题 求函数的最小值,其中每个变量的取值区间都是 [-1, ...
### 等待队列的概念与作用 等待队列是操作系统中用于管理睡眠进程的一种机制,广泛应用于中断处理、进程同步以及定时等场景。当一个进程需要等待某个特定事件发生时,它会将自己加入到对应的等待队列中,并主动放弃对CPU的占用。这样可以避免不必要的CPU浪费,提高系统的整体效率。一旦事件发生,内核会负责唤醒这些进程,使其重新参与调度[^1]。 ### 等待队列的结构 等待队列主要由两部分组成:等待队列头和队列节点。 - **等待队列头**:使用`wait_queue_head_t`类型表示,内部包含了一个自旋锁`spinlock_t lock`,用于保护队列的并发访问,以及一个双向链表`struct list_head task_list`,用于管理所有等待在此队列上的进程[^3]。 - **等待队列节点**:使用`wait_queue_t`类型表示,每个节点对应一个等待的进程。节点中包含了进程的信息(通过`private`字段指向进程的`task_struct`结构体)、唤醒函数`func`以及节点链接信息`task_list`[^3]。 ### 等待队列的初始化与操作 等待队列头可以通过`DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD`宏进行静态初始化,或者使用`init_waitqueue_head`函数进行动态初始化。对于等待队列节点,可以使用`DECLARE_WAIT_QUEUE`宏静态定义并初始化,也可以通过`init_waitqueue_entry`函数动态初始化一个队列节点[^3]。 在实际使用中,当一个进程需要进入等待状态时,它会调用相关函数将自己添加到等待队列中,并改变自身的状态为`TASK_UNINTERRUPTIBLE`或`TASK_INTERRUPTIBLE`,然后释放CPU控制权。此时,进程会被挂起,直到某个条件满足,由内核或其他进程唤醒[^2]。 ### 等待队列的应用场景 等待队列在操作系统中有广泛的应用,特别是在处理阻塞I/O操作时。例如,在Linux系统中,当用户态进程需要同时监听多个设备的I/O状态变化时,可以利用`poll`、`select`、`epoll`等多路复用IO接口。这些接口背后的工作原理就涉及到等待队列的使用,它们允许进程在多个文件描述符上等待事件的发生,从而实现高效的并发处理能力[^4]。 ### 示例代码 下面是一个简单的等待队列使用示例,演示了如何定义一个等待队列头,如何让进程进入等待状态,以及如何唤醒等待队列中的进程: ```c #include <linux/wait.h> #include <linux/sched.h> // 定义并初始化等待队列头 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_wait_queue); // 假设这是某个需要等待条件满足的函数 void wait_for_condition(void) { // 定义一个等待队列节点 DECLARE_WAITQUEUE(wait, current); // 将当前进程添加到等待队列中 add_wait_queue(&my_wait_queue, &wait); // 进入循环等待条件满足 while (condition_not_met()) { // 设置当前进程状态为可中断等待 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); // 如果条件仍然不满足,则调度其他进程运行 schedule(); } // 清除进程状态 set_current_state(TASK_RUNNING); // 从等待队列中移除当前进程 remove_wait_queue(&my_wait_queue, &wait); } // 假设这是触发条件满足的函数 void condition_met_notify(void) { // 唤醒等待队列中的所有进程 wake_up_all(&my_wait_queue); } ``` ###
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