本文介绍Linux内核中的工作队列机制，包括INIT_DELAYED_WORK、INIT_WORK等宏的使用及其实现原理，解释如何通过这些宏绑定函数并利用schedule_delayed_work、schedule_work等函数在特定时机执行。
INIT_DELAYED_WORK()是一个宏,我们给它传递了两个参数.&hub->leds和led_work.对设备驱动熟悉的人不会觉得INIT_DELAYED_WORK()很陌生,其实鸦片战争那会儿就有这个宏了,只不过从2.6.20的内核开始这个宏做了改变,原来这个宏是三个参数,后来改成了两个参数,所以经常在网上看见一些同志抱怨说最近某个模块编译失败了,说什么make的时候遇见这么一个错误:
error: macro "INIT_DELAYED_WORK" passed 3 arguments, but takes just 2
当然更为普遍的看到下面这个错误:
error: macro "INIT_WORK" passed 3 arguments, but takes just 2
于是就让我们来仔细看看INIT_WORK和INIT_DELAYED_WORK.其实前者是后者的一个特例,它们涉及到的就是传说中的工作队列.这两个宏都定义于include/linux/workqueue.h中:
79 #define INIT_WORK(_work, _func) /
80 do { /
81 (_work)->data = (atomic_long_t) WORK_DATA_INIT(); /
82 INIT_LIST_HEAD(&(_work)->entry); /
83 PREPARE_WORK((_work), (_func)); /
84 } while (0)
85
86 #define INIT_DELAYED_WORK(_work, _func) /
87 do { /
88 INIT_WORK(&(_work)->work, (_func)); /
89 init_timer(&(_work)->timer); /
90 } while (0)
有时候特怀念谭浩强那本书里的那些例子程序,因为那些程序都特简单,不像现在看到的这些,动不动就是些复杂的函数复杂的数据结构复杂的宏,严重挫伤了我这样的有志青年的自信心.就比如眼下这几个宏吧,宏里边还是宏,一个套一个,不是说看不懂,因为要看懂也不难,一层一层展开,只不过确实没必要非得都看懂,现在这样一种朦胧美也许更美,有那功夫把这些都展开我还不如去认认真真学习三个代表呢.总之,关于工作队列,就这么说吧,Linux内核实现了一个内核线程,直观一点,ps命令看一下您的进程,
localhost:/usr/src/linux-2.6.22.1/drivers/usb/core # ps -el
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
4 S 0 1 0 0 76 0 - 195 - ? 00:00:02 init
1 S 0 2 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/0
1 S 0 3 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/0
1 S 0 4 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/1
1 S 0 5 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/1
1 S 0 6 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/2
1 S 0 7 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/2
1 S 0 8 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/3
1 S 0 9 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/3
1 S 0 10 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/4
1 S 0 11 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/4
1 S 0 12 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/5
1 S 0 13 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/5
1 S 0 14 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/6
1 S 0 15 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/6
1 S 0 16 1 0 -40 - - 0 migrat ? 00:00:00 migration/7
1 S 0 17 1 0 94 19 - 0 ksofti ? 00:00:00 ksoftirqd/7
5 S 0 18 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/0
1 S 0 19 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/1
5 S 0 20 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/2
5 S 0 21 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/3
5 S 0 22 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/4
1 S 0 23 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/5
5 S 0 24 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/6
5 S 0 25 1 0 70 -5 - 0 worker ? 00:00:00 events/7
瞅见最后这几行了吗,events/0到events/7,0啊7啊这些都是处理器的编号,每个处理器对应其中的一个线程.要是您的计算机只有一个处理器,那么您只能看到一个这样的线程,events/0,您要是双处理器那您就会看到多出一个events/1的线程.哥们儿这里Dell PowerEdge 2950的机器,8个处理器,所以就是events/0到events/7了.
那么究竟这些events代表什么意思呢?或者说它们具体干嘛用的?这些events被叫做工作者线程,或者说worker threads,更确切的说,这些应该是缺省的工作者线程.而与工作者线程相关的一个概念就是工作队列,或者叫work queue.工作队列的作用就是把工作推后,交由一个内核线程去执行,更直接的说就是如果您写了一个函数,而您现在不想马上执行它,您想在将来某个时刻去执行它,那您用工作队列准没错.您大概会想到中断也是这样,提供一个中断服务函数,在发生中断的时候去执行,没错,和中断相比,工作队列最大的好处就是可以调度可以睡眠,灵活性更好.
就比如这里,如果我们将来某个时刻希望能够调用led_work()这么一个我们自己写的函数,那么我们所要做的就是利用工作队列.如何利用呢?第一步就是使用INIT_WORK()或者INIT_DELAYED_WORK()来初始化这么一个工作,或者叫任务,初始化了之后,将来如果咱们希望调用这个led_work()函数,那么咱们只要用一句schedule_work()或者schedule_delayed_work()就可以了,特别的,咱们这里使用的是INIT_DELAYED_WORK(),那么之后我们就会调用schedule_delayed_work(),这俩是一对.它表示,您希望经过一段延时然后再执行某个函数,所以,咱们今后会见到schedule_delayed_work()这个函数的,而它所需要的参数,一个就是咱们这里的&hub->leds,另一个就是具体自己需要的延时.&hub->leds是什么呢?struct usb_hub中的成员,struct delayed_work leds,专门用于延时工作的,再看struct delayed_work,这个结构体定义于include/linux/workqueue.h:
35 struct delayed_work {
36 struct work_struct work;
37 struct timer_list timer;
38 };
其实就是一个struct work_struct和一个timer_list,前者是为了往工作队列里加入自己的工作,后者是为了能够实现延时执行,咱们把话说得更明白一点,您看那些events线程,它们对应一个结构体,struct workqueue_struct,也就是说它们维护着一个队列,完了您要是想利用工作队列这么一个机制呢,您可以自己创建一个队列,也可以直接使用events对应的这个队列,对于大多数情况来说,都是选择了events对应的这个队列,也就是说大家都共用这么一个队列,怎么用呢?先初始化,比如调用INIT_DELAYED_WORK(),这么一初始化吧,实际上就是为一个struct work_struct结构体绑定一个函数,就比如咱们这里的两个参数,&hub->leds和led_work()的关系,就最终让hub_leds这个struct work_struct结构体和函数led_work()相绑定了起来,您问怎么绑定的?您瞧,struct work_struct也是定义于include/linux/workqueue.h:
24 struct work_struct {
25 atomic_long_t data;
26 #define WORK_STRUCT_PENDING 0 /* T if work item pending execution */
27 #define WORK_STRUCT_FLAG_MASK (3UL)
28 #define WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK (~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)
29 struct list_head entry;
30 work_func_t func;
31 };
瞅见最后这个成员func了吗,初始化的目的就是让func指向led_work(),这就是绑定,所以以后咱们调用schedule_delayed_work()的时候,咱们只要传递struct work_struct的结构体参数即可,不用再每次都把led_work()这个函数名也给传递一次,一旦绑定,人家就知道了,对于led_work(),那她就嫁鸡随鸡,嫁狗随狗,嫁混蛋随混蛋了.您大概还有一个疑问,为什么只要这里初始化好了,到时候调用schedule_delayed_work()就可以了呢?事实上,events这么一个线程吧,它其实和hub的内核线程一样,有事情就处理,没事情就睡眠,也是一个死循环,而schedule_delayed_work()的作用就是唤醒这个线程,确切的说,是先把自己的这个struct work_struct插入workqueue_struct这个队列里,然后唤醒昏睡中的events.然后events就会去处理,您要是有延时,那么它就给您安排延时以后执行,您要是没有延时,或者您设了延时为0,那好,那就赶紧给您执行.咱这里不是讲了两个宏吗,一个INIT_WORK(),一个INIT_DELAYED_WORK(),后者就是专门用于可以有延时的,而前者就是没有延时的,这里咱们调用的是INIT_DELAYED_WORK(),不过您别美,过一会您会看见INIT_WORK()也被使用了,因为咱们hub驱动中还有另一个地方也想利用工作队列这么一个机制,而它不需要延时,所以就使用INIT_WORK()进行初始化,然后在需要调用相关函数的时候调用schedule_work()即可.此乃后话,暂且不表.
基本上这一节咱们就是介绍了Linux内核中工作队列机制提供的接口,两对函数INIT_DELAYED_WORK()对schedule_delayed_work(),INIT_WORK()对schedule_work().
关于工作队列机制,咱们还会用到另外两个函数,它们是cancel_delayed_work(struct delayed_work *work)和flush_scheduled_work().其中cancel_delayed_work()的意思不言自明,对一个延迟执行的工作来说,这个函数的作用是在这个工作还未执行的时候就把它给取消掉.而flush_scheduled_work()的作用,是为了防止有竞争条件的出现,虽说哥们儿也不是很清楚如何防止竞争,可是好歹大二那年学过一门专业课,数字电子线路,尽管没学到什么有用的东西,怎么说也还是记住了两个专业名词,竞争与冒险.您要是对竞争条件不是很明白,那也不要紧,反正基本上每次cancel_delayed_work之后您都得调用flush_scheduled_work()这个函数,特别是对于内核模块,如果一个模块使用了工作队列机制,并且利用了events这个缺省队列,那么在卸载这个模块之前,您必须得调用这个函数,这叫做刷新一个工作队列,也就是说,函数会一直等待,直到队列中所有对象都被执行以后才返回.当然,在等待的过程中,这个函数可以进入睡眠.反正刷新完了之后,这个函数会被唤醒,然后它就返回了.关于这里这个竞争,可以这样理解,events对应的这个队列,人家本来是按部就班的执行,一个一个来,您要是突然把您的模块给卸载了,或者说你把你的那个工作从工作队列里取出来了,那events作为队列管理者,它可能根本就不知道,比如说它先想好了,下午3点执行队列里的第N个成员,可是您突然把第N-1个成员给取走了,那您说这是不是得出错?所以,为了防止您这种唯恐天下不乱的人做出冒天下之大不韪的事情来,提供了一个函数,flush_scheduled_work(),给您调用,以消除所谓的竞争条件,其实说竞争太专业了点,说白了就是防止混乱吧.
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