linux kernel工作隊(duì)列及源碼解析

1. 前言
　　工作隊(duì)列（workqueue）的Linux內(nèi)核中的定義的用來處理不是很緊急事件的回調(diào)方式處理方法。
　　以下代碼的linux內(nèi)核版本為2.6.19.2， 源代碼文件主要為kernel/workqueue.c.
　　2. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
　　/* include/linux/workqueue.h */
　　// 工作節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)
　　struct work_struct {
　　// 等待時(shí)間
　　unsigned long pending;
　　// 鏈表節(jié)點(diǎn)
　　struct list_head entry;
　　// workqueue回調(diào)函數(shù)
　　void （*func）（void *）;
　　// 回調(diào)函數(shù)func的數(shù)據(jù)
　　void *data;
　　// 指向CPU相關(guān)數(shù)據(jù)， 一般指向struct cpu_workqueue_struct結(jié)構(gòu)
　　void *wq_data;
　　// 定時(shí)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.
　　*/
　　// 這個(gè)結(jié)構(gòu)是針對(duì)每個(gè)CPU的
　　struct cpu_workqueue_struct {
　　// 結(jié)構(gòu)鎖
　　spinlock_t lock;
　　// 下一個(gè)要執(zhí)行的節(jié)點(diǎn)序號(hào)
　　long remove_sequence; /* Least-recently added （next to run） */
　　// 下一個(gè)要插入節(jié)點(diǎn)的序號(hào)
　　long insert_sequence; /* Next to add */
　　// 工作機(jī)構(gòu)鏈表節(jié)點(diǎn)
　　struct list_head worklist;
　　// 要進(jìn)行處理的等待隊(duì)列
　　wait_queue_head_t more_work;
　　// 處理完的等待隊(duì)列
　　wait_queue_head_t work_done;
　　// 工作隊(duì)列節(jié)點(diǎn)
　　struct workqueue_struct *wq;
　　// 進(jìn)程指針
　　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：
　　*/
　　// 工作隊(duì)列結(jié)構(gòu)
　　struct workqueue_struct {
　　struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
　　const char *name;
　　struct list_head list; /* Empty if single thread */
　　};
　　kernel/workqueue.c中定義了一個(gè)工作隊(duì)列鏈表， 所有工作隊(duì)列可以掛接到這個(gè)鏈表中：
　　static LIST_HEAD（workqueues）;
　　3. 一些宏定義
　　/* include/linux/workqueue.h */
　　// 初始化工作隊(duì)列
　　#define __WORK_INITIALIZER（n， f， d） {
　　// 初始化list
　　.entry = { &（n）.entry， &（n）.entry }，
　　// 回調(diào)函數(shù)
　　.func = （f），
　　// 回調(diào)函數(shù)參數(shù)
　　.data = （d），
　　// 初始化定時(shí)器
　　.timer = TIMER_INITIALIZER（NULL， 0， 0），
　　}
　　// 聲明工作隊(duì)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：
　　*/
　　// 重新定義工作結(jié)構(gòu)參數(shù)
　　#define PREPARE_WORK（_work， _func， _data）
　　do {
　?。╛work）-》func = _func;
　?。╛work）-》data = _data;
　　} while （0）
　　/*
　　* initialize all of a work-struct：
　　*/
　　// 初始化工作結(jié)構(gòu)， 和__WORK_INITIALIZER功能相同，不過__WORK_INITIALIZER用在
　　// 參數(shù)初始化定義， 而該宏用在程序之中對(duì)工作結(jié)構(gòu)賦值
　　#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. 操作函數(shù)
　　4.1 創(chuàng)建工作隊(duì)列
　　一般的創(chuàng)建函數(shù)是create_workqueue， 但這其實(shí)只是一個(gè)宏：
　　/* include/linux/workqueue.h */
　　#define create_workqueue（name） __create_workqueue（（name）， 0）
　　在workqueue的初始化函數(shù)中， 定義了一個(gè)針對(duì)內(nèi)核中所有線程可用的事件工作隊(duì)列， 其他內(nèi)核線程建立的事件工作結(jié)構(gòu)就都掛接到該隊(duì)列：
　　void init_workqueues（void）
　　{
　　。..
　　keventd_wq = create_workqueue（“events”）;
　　。..
　　}
　　核心創(chuàng)建函數(shù)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;
　　// 分配工作隊(duì)列結(jié)構(gòu)空間
　　wq = kzalloc（sizeof（*wq）， GFP_KERNEL）;
　　if （！wq）
　　return NULL;
　　// 為每個(gè)CPU分配單獨(dú)的工作隊(duì)列空間
　　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宏時(shí)該參數(shù)始終為0
　　// 如果是單一線程模式， 在單線程中調(diào)用各個(gè)工作隊(duì)列
　　// 建立一個(gè)的工作隊(duì)列內(nèi)核線程
　　INIT_LIST_HEAD（&wq-》list）;
　　// 建立工作隊(duì)列的線程
　　p = create_workqueue_thread（wq， singlethread_cpu）;
　　if （！p）
　　destroy = 1;
　　else
　　// 喚醒該線程
　　wake_up_process（p）;
　　} else {
　　// 鏈表模式， 將工作隊(duì)列添加到工作隊(duì)列鏈表
　　list_add（&wq-》list， &workqueues）;
　　// 為每個(gè)CPU建立一個(gè)工作隊(duì)列線程
　　for_each_online_cpu（cpu） {
　　p = create_workqueue_thread（wq， cpu）;
　　if （p） {
　　// 綁定CPU
　　kthread_bind（p， cpu）;
　　// 喚醒線程
　　wake_up_process（p）;
　　} else
　　destroy = 1;
　　}
　　}
　　mutex_unlock（&workqueue_mutex）;
　　/*
　　* Was there any error during startup？ If yes then clean up：
　　*/
　　if （destroy） {
　　// 建立線程失敗， 釋放工作隊(duì)列
　　destroy_workqueue（wq）;
　　wq = NULL;
　　}
　　return wq;
　　}
　　EXPORT_SYMBOL_GPL（__create_workqueue）;
　　// 創(chuàng)建工作隊(duì)列線程
　　static struct task_struct *create_workqueue_thread（struct workqueue_struct *wq，
　　int cpu）
　　{
　　// 每個(gè)CPU的工作隊(duì)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）;
　　// 初始化等待隊(duì)列more_work， 該隊(duì)列處理要執(zhí)行的工作結(jié)構(gòu)
　　init_waitqueue_head（&cwq-》more_work）;
　　// 初始化等待隊(duì)列work_done， 該隊(duì)列處理執(zhí)行完的工作結(jié)構(gòu)
　　init_waitqueue_head（&cwq-》work_done）;
　　// 建立內(nèi)核線程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;
　　// 保存線程指針
　　cwq-》thread = p;
　　return p;
　　}
　　static int worker_thread（void *__cwq）
　　{
　　struct cpu_workqueue_struct *cwq = __cwq;
　　// 聲明一個(gè)等待隊(duì)列
　　DECLARE_WAITQUEUE（wait， current）;
　　// 信號(hào)
　　struct k_sigaction sa;
　　sigset_t blocked;
　　current-》flags |= PF_NOFREEZE;
　　// 降低進(jìn)程優(yōu)先級(jí)， 工作進(jìn)程不是個(gè)很緊急的進(jìn)程，不和其他進(jìn)程搶占CPU，通常在系統(tǒng)空閑時(shí)運(yùn)行