work_queue变化

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。

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)

8) void flush_scheduled_work(void)

9) void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

10) int cancel_delayed_work(struct delayed_work *work)

11) void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

其中,1), 2), 4) ,7)和以前略有区别,其他用法完全一样。

实作:

struct my_struct_t {
    char *name;
    struct work_struct my_work;
};

void my_func(struct work_struct *work)
{
    struct my_struct_t *my_name = container_of(work, struct my_struct_t, my_work);
    printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, my_name->name);
}
struct workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);
struct my_struct_t my_name;
my_name.name = “Jack”;
INIT_WORK(&(my_name.my_work), my_func);
queue_work(my_wq, &my_work);
destroy_workqueue(my_wq);


### Linux Kernel `queue_delayed_work` 函数详解 #### 一、函数定义与参数说明 在Linux内核编程环境中,`queue_delayed_work`用于调度延迟执行的工作队列任务。该函数原型如下: ```c bool queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct delayed_work *dwork, unsigned long delay); ``` - **`struct workqueue_struct *wq`**: 工作队列结构体指针,指定要使用的具体工作队列实例。 - **`struct delayed_work *dwork`**: 延迟工作的结构体指针,包含了待执行的任务及其延时期限等信息[^1]。 - **`unsigned long delay`**: 表示相对于当前时间的等待周期数(单位为jiffies),即经过多少个时钟滴答后再启动此任务。 当调用成功返回true;如果失败则返回false,通常是因为内存不足或其他资源不可用等原因造成无法排队新任务。 #### 二、内部机制解析 一旦被加入到某个特定的工作线程池中去处理之后,这些异步操作就会按照设定的时间间隔被执行。这背后涉及到几个重要概念和技术细节: - **Workqueues(工作队列)** 是一种允许开发者创建并管理多个后台进程来完成耗时较长的操作而不会阻塞主线程的有效方式之一; - **Delayed Work** 结构不仅支持立即提交给worker thread立刻运行的标准works,还扩展了对于定时触发的需求支持; - **Timer Functions** 负责计算实际到期时刻,并通过底层硬件中断服务程序唤醒相应的处理器核心上的idle threads使之能够及时响应已就绪的状态变化事件[^2]. 因此,在实现上,`queue_delayed_work`会先检查传入的对象是否已经被安排好即将开始或是正在处于活跃状态之中;如果不是,则将其挂载至对应的timer list节点位置处静候时机成熟再予以激活。 #### 三、使用案例展示 下面给出一段简单的代码片段用来演示如何利用上述API接口来进行基本的功能开发: ```c #include <linux/workqueue.h> static void my_task_func(struct work_struct *work) { printk(KERN_INFO "Executing task at jiffy %lu\n", jiffies); } DECLARE_DELAYED_WORK(my_delayed_work, my_task_func); void schedule_my_task(void) { int ret; /* Schedule the task to run after 5 seconds */ ret = queue_delayed_work(system_wq, &my_delayed_work, msecs_to_jiffies(5000)); if (!ret) printk(KERN_ERR "Failed to queue work!\n"); } ``` 这段示范性的源码展示了怎样声明一个带有自定义回调方法的delayed work对象以及怎样把它放入全局共享的工作队列里边以期达到预期的效果——在此例子里就是过了五秒种以后打印一条日志消息出来。
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