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1. 前言
工作队列(workqueue)的Linux内核中的定义的用来处理不是很紧急事件的回调方式处理方法.
以下代码的linux内核版本为2.6.19.2, 源代码文件主要为kernel/workqueue.c.
2. 数据结构
/* include/linux/workqueue.h */
// 工作节点结构
struct work_struct {
// 等待时间
unsigned long pending;
// 链表节点
struct list_head entry;
// workqueue回调函数
void (*func)(void *);
// 回调函数func的数据
void *data;
// 指向CPU相关数据, 一般指向struct cpu_workqueue_struct结构
void *wq_data;
// 定时器
struct timer_list timer;
};
struct execute_work {
struct work_struct work;
};
/* kernel/workqueue.c */
/*
* The per-CPU workqueue (if single thread, we always use the first
* possible cpu).
*
* The sequence counters are for flush_scheduled_work(). It wants to wait
* until all currently-scheduled works are completed, but it doesn't
* want to be livelocked by new, incoming ones. So it waits until
* remove_sequence is >= the insert_sequence which pertained when
* flush_scheduled_work() was called.
*/
// 这个结构是针对每个CPU的
struct cpu_workqueue_struct {
// 结构锁
spinlock_t lock;
// 下一个要执行的节点序号
long remove_sequence; /* Least-recently added (next to run) */
// 下一个要插入节点的序号
long insert_sequence; /* Next to add */
// 工作机构链表节点
struct list_head worklist;
// 要进行处理的等待队列
wait_queue_head_t more_work;
// 处理完的等待队列
wait_queue_head_t work_done;
// 工作队列节点
struct workqueue_struct *wq;
// 进程指针
struct task_struct *thread;
int run_depth; /* Detect run_workqueue() recursion depth */
} ____cacheline_aligned;
/*
* The externally visible workqueue abstraction is an array of
* per-CPU workqueues:
*/
// 工作队列结构
struct workqueue_struct {
struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
const char *name;
struct list_head list; /* Empty if single thread */
};
kernel/workqueue.c中定义了一个工作队列链表, 所有工作队列可以挂接到这个链表中:
static LIST_HEAD(workqueues);
3. 一些宏定义
/* include/linux/workqueue.h */
// 初始化工作队列
#define __WORK_INITIALIZER(n, f, d) { \
// 初始化list
.entry = { &(n).entry, &(n).entry }, \
// 回调函数
.func = (f), \
// 回调函数参数
.data = (d), \
// 初始化定时器
.timer = TIMER_INITIALIZER(NULL, 0, 0), \
}
// 声明工作队列并初始化
#define DECLARE_WORK(n, f, d) \
struct work_struct n = __WORK_INITIALIZER(n, f, d)
/*
* initialize a work-struct's func and data pointers:
*/
// 重新定义工作结构参数
#define PREPARE_WORK(_work, _func, _data) \
do { \
(_work)->func = _func; \
(_work)->data = _data; \
} while (0)
/*
* initialize all of a work-struct:
*/
// 初始化工作结构, 和__WORK_INITIALIZER功能相同,不过__WORK_INITIALIZER用在
// 参数初始化定义, 而该宏用在程序之中对工作结构赋值
#define INIT_WORK(_work, _func, _data) \
do { \
INIT_LIST_HEAD(&(_work)->entry); \
(_work)->pending = 0; \
PREPARE_WORK((_work), (_func), (_data)); \
init_timer(&(_work)->timer); \
} while (0)
4. 操作函数
4.1 创建工作队列
一般的创建函数是create_workqueue, 但这其实只是一个宏:
/* include/linux/workqueue.h */
#define create_workqueue(name) __create_workqueue((name), 0)
在workqueue的初始化函数中, 定义了一个针对内核中所有线程可用的事件工作队列, 其他内核线程建立的事件工作结构就都挂接到该队列:
void init_workqueues(void)
{
...
keventd_wq = create_workqueue("events");
...
}
核心创建函数是__create_workqueue:
struct workqueue_struct *__create_workqueue(const char *name,
int singlethread)
{
int cpu, destroy = 0;
struct workqueue_struct *wq;
struct task_struct *p;
// 分配工作队列结构空间
wq = kzalloc(sizeof(*wq), GFP_KERNEL);
if (!wq)
return NULL;
// 为每个CPU分配单独的工作队列空间
wq->cpu_wq = alloc_percpu(struct cpu_workqueue_struct);
if (!wq->cpu_wq) {
kfree(wq);
return NULL;
}
wq->name = name;
mutex_lock(&workqueue_mutex);
if (singlethread) {
// 使用create_workqueue宏时该参数始终为0
// 如果是单一线程模式, 在单线程中调用各个工作队列
// 建立一个的工作队列内核线程
INIT_LIST_HEAD(&wq->list);
// 建立工作队列的线程
p = create_workqueue_thread(wq, singlethread_cpu);
if (!p)
destroy = 1;
else
// 唤醒该线程
wake_up_process(p);
} else {
// 链表模式, 将工作队列添加到工作队列链表
list_add(&wq->list, &workqueues);
// 为每个CPU建立一个工作队列线程
for_each_online_cpu(cpu) {
p = create_workqueue_thread(wq, cpu);
if (p) {
// 绑定CPU
kthread_bind(p, cpu);
// 唤醒线程
wake_up_process(p);
} else
destroy = 1;
}
}
mutex_unlock(&workqueue_mutex);
/*
* Was there any error during startup? If yes then clean up:
*/
if (destroy) {
// 建立线程失败, 释放工作队列
destroy_workqueue(wq);
wq = NULL;
}
return wq;
}
EXPORT_SYMBOL_GPL(__create_workqueue);
// 创建工作队列线程
static struct task_struct *create_workqueue_thread(struct workqueue_struct *wq,
int cpu)
{
// 每个CPU的工作队列
struct cpu_workqueue_struct *cwq = per_cpu_ptr(wq->cpu_wq, cpu);
struct task_struct *p;
spin_lock_init(&cwq->lock);
// 初始化
cwq->wq = wq;
cwq->thread = NULL;
cwq->insert_sequence = 0;
cwq->remove_sequence = 0;
INIT_LIST_HEAD(&cwq->worklist);
// 初始化等待队列more_work, 该队列处理要执行的工作结构
init_waitqueue_head(&cwq->more_work);
// 初始化等待队列work_done, 该队列处理执行完的工作结构
init_waitqueue_head(&cwq->work_done);
// 建立内核线程work_thread
if (is_single_threaded(wq))
p = kthread_create(worker_thread, cwq, "%s", wq->name);
else
p = kthread_create(worker_thread, cwq, "%s/%d", wq->name, cpu);
if (IS_ERR(p))
return NULL;
// 保存线程指针
cwq->thread = p;
return p;
}
static int worker_thread(void *__cwq)
{
struct cpu_workqueue_struct *cwq = __cwq;
// 声明一个等待队列
DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);
// 信号
struct k_sigaction sa;
sigset_t blocked;
current->flags |= PF_NOFREEZE;
// 降低进程优先级, 工作进程不是个很紧急的进程,不和其他进程抢占CPU,通常在系统空闲时运行
set_user_nice(current, -5);
/* Block and flush all signals */
// 阻塞所有信号
sigfillset(&blocked);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &blocked, NULL);
flush_signals(current);
/*
* We inherited MPOL_INTERLEAVE from the booting kernel.
* Set MPOL_DEFAULT to insure node local allocations.
*/
numa_default_policy();
/* SIG_IGN makes children autoreap: see do_notify_parent(). */
// 信号处理都是忽略
sa.sa.sa_handler = SIG_IGN;
sa.sa.sa_flags = 0;
siginitset(&sa.sa.sa_mask, sigmask(SIGCHLD));
do_sigaction(SIGCHLD, &sa, (struct k_sigaction *)0);
// 进程可中断
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
// 进入循环, 没明确停止该进程就一直运行
while (!kthread_should_stop()) {
// 设置more_work等待队列, 当有新work结构链入队列中时会激发此等待队列
add_wait_queue(&cwq->more_work, &wait);
if (list_empty(&cwq->worklist))
// 工作队列为空, 睡眠
schedule();
else
// 进行运行状态
__set_current_state(TASK_RUNNING);
// 删除等待队列
remove_wait_queue(&cwq->more_work, &wait);
// 按链表遍历执行工作任务
if (!list_empty(&cwq->worklist))
run_workqueue(cwq);
// 执行完工作, 设置进程是可中断的, 重新循环等待工作
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
}
__set_current_state(TASK_RUNNING);
return 0;
}
// 运行工作结构
static void run_workqueue(struct cpu_workqueue_struct *cwq)
{
unsigned long flags;
/*
* Keep taking off work from the queue until
* done.
*/
// 加锁
spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
// 统计已经递归调用了多少次了
cwq->run_depth++;
if (cwq->run_depth > 3) {
// 递归调用此时太多
/* morton gets to eat his hat */
printk("%s: recursion depth exceeded: %d\n",
__FUNCTION__, cwq->run_depth);
dump_stack();
}
// 遍历工作链表
while (!list_empty(&cwq->worklist)) {
// 获取的是next节点的
struct work_struct *work = list_entry(cwq->worklist.next,
struct work_struct, entry);
void (*f) (void *) = work->func;
void *data = work->data;
// 删除节点, 同时节点中的list参数清空
list_del_init(cwq->worklist.next);
// 解锁
// 现在在执行以下代码时可以中断,run_workqueue本身可能会重新被调用, 所以要判断递归深度
spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
BUG_ON(work->wq_data != cwq);
// 工作结构已经不在链表中
clear_bit(0, &work->pending);
// 执行工作函数
f(data);
// 重新加锁
spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
// 执行完的工作序列号递增
cwq->remove_sequence++;
// 唤醒工作完成等待队列, 供释放工作队列
wake_up(&cwq->work_done);
}
// 减少递归深度
cwq->run_depth--;
// 解锁
spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
}