Linux 进程控制——等待队列详解
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了Linux 进程控制——等待队列详解相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
一、什么是睡眠
对于一个进程"睡眠"意味着什么? 当一个进程被置为睡眠, 它被标识为处于一个特殊的状态并且从调度器的运行队列中去除. 直到发生某些事情改变了那个状态, 这个进程将不被在任何 CPU 上调度, 并且, 因此, 将不会运行. 一个睡着的进程已被搁置到系统的一边, 等待以后发生事件.
LDD3说得很玄乎，睡眠是“自愿调度”，其实就是将当前进程的状态设置为 TASK_INTERRUPTIBLE 等状态，然后schedule() 让出CPU1，让调度器重新选择一个进程来执行。
对于一个 Linux 驱动使一个进程睡眠是一个容易做的事情. 但是, 有几个规则必须记住以安全的方式编码睡眠.
这些规则的第一个是: 当你运行在原子上下文时不能睡眠.
一个另外的相关的点, 当然, 是你的进程不能睡眠除非确信其他人, 在某处的, 将唤醒它.做唤醒工作的代码必须也能够找到你的进程来做它的工作. 确保一个唤醒发生, 是深入考虑你的代码和对于每次睡眠, 确切知道什么系列的事件将结束那次睡眠.使你的进程可能被找到, 真正地, 通过一个称为等待队列的数据结构实现的. 一个等待队列就是它听起来的样子:一个进程列表, 都等待一个特定的事件.
二、如何睡眠
在 Linux 中, 一个等待队列由一个"等待队列头"来管理, 一个 wait_queue_head_t 类型的结构, 定义在<linux/wait.h>中. 一个等待队列头可被定义和初始化, 使用:
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);
或者动态地, 如下:
wait_queue_head_t my_queue;
init_waitqueue_head(&my_queue);
1、简单睡眠
Linux 内核中睡眠的最简单方式是一个宏定义, 称为 wait_event(有几个变体); 它结合了处理睡眠的细节和进程在等待的条件的检查. wait_event 的形式是:
wait_event(queue, condition)
wait_event_interruptible(queue, condition)
wait_event_timeout(queue, condition, timeout)
wait_event_interruptible_timeout(queue, condition, timeout)
这些东西如何使用？queue 是等待队列头，condition 是条件，如果调用 wait_event 前 condition == 0 ，则调用 wait_event 之后，当前进程就会休眠。
那么它们四个又有什么不同？
wait_event：将当前进程的状态设置为 TASK_UNINTERRUPTIBLE ，然后 schedule()
wait_event_interruptible： TASK_INTERRUPTIBLE ，然后 schedule()
wait_event_timeout： TASK_UNINTERRUPTIBLE ，然后 schedule_timeout()
wait_event_interruptible_timeout: TASK_INTERRUPTIBLE , 然后 schedule_timeout()
TASK_INTERRUPTIBLE 与 TASK_UNINTERRUPTIBLE 区别在于，它的休眠是否会被信号打断，别的进程发来一个信号比如 kill ，TASK_INTERRUPTIBLE 就会醒来去处理。然而 TASK_UNINTERRUPTIBLE 不会。schedule()，进程调度，而schedule_timeout()进行调度之后，一定时间后自动唤醒。
对应于不同的进程状态，使用不同的唤醒函数：
void wake_up(wait_queue_head_t *queue); void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue);唤醒时很有意思，比如你调用 wake_up 去唤醒一个使用 wait_event 等，进入休眠的进程，唤醒之后，它会判断 condition 是否为真，如果还是假的继续睡眠。至于为什么这个样子，后面分析代码就会明白。2、手动睡眠DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) 创建一个等待队列： tsk一般为当前进行current. 这个宏定义并初始化一个名为name的等待队列.将等待队列头 加入/移除 等待队列：
void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
void add_wait_queue_exclusive(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
设置进程状态：
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) 等 进程调度：
schedule() 或者 schedule_timeout()
三、内核如何实现
以 wait_event 为例，我们看看内核都干了些什么。
#define wait_event(wq, condition) \\
do \\
if (condition) \\
break; \\
__wait_event(wq, condition); \\
while (0)#define __wait_event(wq, condition) \\
do \\
DEFINE_WAIT(__wait); \\
\\
for (;;) \\
prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \\
if (condition) \\
break; \\
schedule(); \\
\\
finish_wait(&wq, &__wait); \\
while (0)#define DEFINE_WAIT(name) \\
wait_queue_t name = \\
.private = current, \\
.func = autoremove_wake_function, \\
.task_list = LIST_HEAD_INIT((name).task_list), \\
typedef struct __wait_queue wait_queue_t;
struct __wait_queue
unsigned int flags;
#define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01
void *private;
wait_queue_func_t func;
struct list_head task_list;
;__wait_event(wq, condition);
wait_queue_t __wait = \\
.private = current, \\
.func = autoremove_wake_function, \\
.task_list = LIST_HEAD_INIT((__wait).task_list), \\
for (;;) \\
prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \\
if (condition) \\
break; \\
schedule(); \\
\\
finish_wait(&wq, &__wait);涉及的函数代码贴一贴
void fastcall
prepare_to_wait(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait, int state)
unsigned long flags;
wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
if (list_empty(&wait->task_list))
__add_wait_queue(q, wait);
/*
* don't alter the task state if this is just going to
* queue an async wait queue callback
*/
if (is_sync_wait(wait))
set_current_state(state);
spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
void fastcall finish_wait(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)
unsigned long flags;
__set_current_state(TASK_RUNNING);
if (!list_empty_careful(&wait->task_list))
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
list_del_init(&wait->task_list);
spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
#define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)void fastcall __wake_up(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode,
int nr_exclusive, void *key)
unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
__wake_up_common(q, mode, nr_exclusive, 0, key);
spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode,
int nr_exclusive, int sync, void *key)
struct list_head *tmp, *next;
list_for_each_safe(tmp, next, &q->task_list)
wait_queue_t *curr = list_entry(tmp, wait_queue_t, task_list);
unsigned flags = curr->flags;
if (curr->func(curr, mode, sync, key) &&
(flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive)
break;
int autoremove_wake_function(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key)
int ret = default_wake_function(wait, mode, sync, key);
if (ret)
list_del_init(&wait->task_list);
return ret;
int default_wake_function(wait_queue_t *curr, unsigned mode, int sync,
void *key)
return try_to_wake_up(curr->private, mode, sync);
有意思的是：
我们休眠时，schedule() 在哪里？ TMD 居然在 for 循环里
for (;;) \\
prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \\
if (condition) \\
break; \\
schedule(); \\
理解了他们，对于手动休眠也就很明白了。手动休眠就不用判断什么 condition 了。
DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)
tsk一般为当前进行current. 这个宏定义并初始化一个名为name的等待队列.
#define DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) \\
wait_queue_t name = __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk)
#define __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) \\
.private = tsk, \\
.func = default_wake_function, \\
.task_list = NULL, NULL
void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
void add_wait_queue_exclusive(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait);
void fastcall add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)
unsigned long flags;
wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags);
__add_wait_queue(q, wait);
spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule();1、创建等待队列、等待队列头
2、将等待队列头加入到等待队列中去
3、设置当前进程的进程状态
4、进程调度~
以上是关于Linux 进程控制——等待队列详解的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章