Linux中Workqueue机制剖析

走入 Linux 的殿堂现已有一年有余了，在这里我想将 Linux 的各种完成机制剖析一遍，一方面临自己来说也是温故而知新，另一方面，促进我们的沟通，最好能够给我们一些抛砖引玉的启迪。我是硬件身世，搞硬件现已好多年了，从是专门软件开发也挨近两年了，在这一段时刻内我越发以为软硬件协同规划是未来开展的干流，软硬件的边界越来越含糊，软硬件的规划思维是相通的，完成办法是各异的，完成的成果上当然也存在较大不同，因而，很有必要做好软硬件的协同规划。本着这样的主意，我想将我所知道的 Linux 剖析一遍，特别是一些我以为精华和重要的机制，别的在评论过程中，我会刺进一些其他的 OS 完成机制，进行比照剖析，我把这一类 blog 文章划归为“ Linux 机制剖析”，期望我们支撑。

什么是 workqueue ?

Linux 中的 Workqueue 机制便是为了简化内核线程的创立。经过调用 workqueue 的接口就能创立内核线程。而且能够依据当时体系 CPU 的个数创立线程的数量，使得线程处理的业务能够并行化。

workqueue 是内核中完成简略而有用的机制，他明显简化了内核 daemon 的创立，便利了用户的编程，

Workqueue 机制的完成

Workqueue 机制中界说了两个重要的数据结构，剖析如下：

1、cpu_workqueue_struct 结构。该结构将 CPU 和内核线程进行了绑定。在创立 workqueue 的过程中， Linux 依据当时体系 CPU 的个数创立 cpu_workqueue_struct 。在该结构首要保护了一个使命行列，以及内核线程需求睡觉的等候行列，别的还保护了一个使命上下文，即 task_struct 。

2、work_struct 结构是对使命的笼统。在该结构中需求保护详细的使命办法，需求处理的数据，以及使命处理的时刻。该结构界说如下：

struct work_struct {

unsigned long pending;

struct list_head entry; /* 将使命挂载到 queue 的挂载点 */

void (*func)(void *); /* 使命办法 */

void *data; /* 使命处理的数据 */

void *wq_data; /* work 的属主 */

strut timer_list timer; /* 使命延时处理定时器 */

};

当用户调用 workqueue 的初始化接口 create_workqueue 或许 create_singlethread_workqueue 对 workqueue 行列进行初始化时，内核就开端为用户分配一个 workqueue 目标，而且将其链到一个大局的 workqueue 行列中。然后 Linux 依据当时 CPU 的状况，为 workqueue 目标分配与 CPU 个数相同的 cpu_workqueue_struct 目标，每个 cpu_workqueue_struct 目标都会存在一条使命行列。紧接着， Linux 为每个 cpu_workqueue_struct 目标分配一个内核 thread ，即内核 daemon 去处理每个行列中的使命。至此，用户调用初始化接口将 workqueue 初始化结束，回来 workqueue 的指针。

在初始化 workqueue 过程中，内核需求初始化内核线程，注册的内核线程作业比较简略，便是不断的扫描对应 cpu_workqueue_struct 中的使命行列，从中获取一个有用使命，然后履行该使命。所以假如使命行列为空，那么内核 daemon 就在 cpu_workqueue_struct 中的等候行列上睡觉，直到有人唤醒 daemon 去处理使命行列。

Workqueue 初始化结束之后，将使命运转的上下文环境构建起来了，可是详细还没有可履行的使命，所以，需求界说详细的 work_struct 目标。然后将 work_struct 加入到使命行列中， Linux 会唤醒 daemon 去处理使命。

上述描绘的 workqueue 内核完成原理能够描绘如下：

在 Workqueue 机制中，供给了一个体系默许的 workqueue 行列—— keventd_wq ，这个行列是 Linux体系在初始化的时分就创立的。用户能够直接初始化一个 work_struct 目标，然后在该行列中进行调度，运用愈加便利。

Workqueue 编程接口