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- Date : 2020.12.02
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2. struct cpu_workqueue_struct
一、核心数据结构
1. struct work_struct
struct work_struct {
unsigned long pending;
struct list_head entry; /*将工作节点构成链表*/
void (*func)(void *); /*延时处理函数*/
void *data;
void *wq_data;
struct timer_list timer;
};
2. struct cpu_workqueue_struct
struct cpu_workqueue_struct {
spinlock_t lock;
long remove_sequence; /* Least-recently added (next to run) */
long insert_sequence; /* Next to add */
struct list_head worklist;
wait_queue_head_t more_work;
wait_queue_head_t work_done;
struct workqueue_struct *wq;
task_t *thread;
int run_depth; /* Detect run_workqueue() recursion depth */
} ____cacheline_aligned;
3. struct workqueue_struct
struct workqueue_struct {
struct cpu_workqueue_struct cpu_wq[NR_CPUS];
const char *name;
struct list_head list; /* Empty if single thread */
};
4. 这三个数据结构之间的关系
5. 工作队列实现框架(singlethread)
二、创建并初始化工作队列
#define create_workqueue(name) __create_workqueue((name), 0)
#define create_singlethread_workqueue(name) __create_workqueue((name), 1)
struct workqueue_struct *__create_workqueue(const char *name,
int singlethread)
{
int cpu, destroy = 0;
struct workqueue_struct *wq;
struct task_struct *p;
BUG_ON(strlen(name) > 10);
/*分配一个workqueue结构,其中包括ncore个cpu_workqueue_struct*/
wq = kmalloc(sizeof(*wq), GFP_KERNEL);
if (!wq)
return NULL;
memset(wq, 0, sizeof(*wq));/*初始化workqueue结构*/
wq->name = name;
/* We don't need the distraction of CPUs appearing and vanishing. */
lock_cpu_hotplug();
if (singlethread) {/*如果为singlethread模式，则只需要创建一个workqueue*/
INIT_LIST_HEAD(&wq->list);/*自成一派，无需加入全局workqueue链表*/
p = create_workqueue_thread(wq, 0);/*只创建一个workqueue线程*/
if (!p)
destroy = 1;
else
wake_up_process(p);/*启动workqueue线程*/
} else {
spin_lock(&workqueue_lock);
list_add(&wq->list, &workqueues);/*加入全局的workqueue链表中*/
spin_unlock(&workqueue_lock);
for_each_online_cpu(cpu) {
p = create_workqueue_thread(wq, cpu);/*为每一个CPU都创建一个workqueue线程*/
if (p) {
kthread_bind(p, cpu);/*为每一个线程绑定特定cpu*/
wake_up_process(p);/*启动线程*/
} else
destroy = 1;
}
}
unlock_cpu_hotplug();
/*
* Was there any error during startup? If yes then clean up:
*/
if (destroy) {/*出现错误，则销毁workqueue*/
destroy_workqueue(wq);
wq = NULL;
}
return wq;
}
工作者线程相关参见下一小节。
三、工作者线程
在创建工作队列时，需要创建对应的工作者线程。那么为什么要创建工作者线程呢？原因是这样的：工作队列主要的目的是：为了简化在内核中创建线程而设计的。此外为了实现延迟任务，需要通过异步手段将此任务交由其他进程处理，而当前进程可以继续处理其他事物。通过工作队列相关的基础设施，人们不必再关心内核中如何创建、维护、销毁内核线程，如何调度任务等，而只需要关心与特定功能相关的事务。下面简单介绍下工作者线程：
/*工作队列管理结构初始化，并创建对应的线程*/
static struct task_struct
*create_workqueue_thread(struct workqueue_struct *wq, int cpu)
{
struct cpu_workqueue_struct *cwq = wq->cpu_wq + cpu;
struct task_struct *p;
spin_lock_init(&cwq->lock);
cwq->wq = wq;
cwq->thread = NULL;
cwq->insert_sequence = 0;
cwq->remove_sequence = 0;
INIT_LIST_HEAD(&cwq->worklist);/*清空工作列表*/
init_waitqueue_head(&cwq->more_work);
init_waitqueue_head(&cwq->work_done);
/*创建工作者线程并初始化为相应的name: name/cpu
*工作者线程的执行体为：worker_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;
cwq->thread = p;/*工作队列绑定线程*/
return p;
}
static int worker_thread(void *__cwq)
{
struct cpu_workqueue_struct *cwq = __cwq;
DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);
struct k_sigaction sa;
sigset_t blocked;
current->flags |= PF_NOFREEZE;
set_user_nice(current, -5);
/* Block and flush all signals */
sigfillset(&blocked);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &blocked, NULL);
flush_signals(current);
/* SIG_IGN makes children autoreap: see do_notify_parent(). */
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);
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
while (!kthread_should_stop()) {/*没有其他线程调用kthread_stop关闭此线程*/
add_wait_queue(&cwq->more_work, &wait);
if (list_empty(&cwq->worklist))/*如果任务列表中没有工作任务，则让出CPU*/
schedule();
else
__set_current_state(TASK_RUNNING);
remove_wait_queue(&cwq->more_work, &wait);
if (!list_empty(&cwq->worklist))/*任务列表中有工作任务，则执行任务*/
run_workqueue(cwq);
set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
}
__set_current_state(TASK_RUNNING);
return 0;
}
/*工作者线程执行工作链表上的延时任务*/
static inline void run_workqueue(struct cpu_workqueue_struct *cwq)
{
unsigned long flags;
/*
* Keep taking off work from the queue until
* done.
*/
spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
cwq->run_depth++;
if (cwq->run_depth > 3) {
/* morton gets to eat his hat */
printk("%s: recursion depth exceeded: %d\n",
__FUNCTION__, cwq->run_depth);
dump_stack();
}
while (!list_empty(&cwq->worklist)) {
struct work_struct *work = list_entry(cwq->worklist.next,
struct work_struct, entry);
void (*f) (void *) = work->func;/*取出任务操作以及参数*/
void *data = work->data;
list_del_init(cwq->worklist.next);/*从worklist中删除任务*/
spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
BUG_ON(work->wq_data != cwq);
clear_bit(0, &work->pending);/*标识此任务已经被调度执行*/
f(data);/*执行此任务*/
spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
cwq->remove_sequence++;
wake_up(&cwq->work_done);
}
cwq->run_depth--;
spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
}
四、调度一个任务到工作队列中
将任务work_struct添加到工作队列中相对比较简单：只需要将work_struct结构通过struct_listhead链到workqueue的worklist上即可。代码实现详见下表：
int fastcall queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work)
{
int ret = 0, cpu = get_cpu();
/*如果work->pending第0位为1，则说明当前任务已经被提交，但尚未执行
* 如果为work->pending第0位为0，表示该任务尚未提交，可以进行提交
*/
if (!test_and_set_bit(0, &work->pending)) {/*返回pending的第0位，并将其置1*/
if (unlikely(is_single_threaded(wq)))
cpu = 0;
BUG_ON(!list_empty(&work->entry));
__queue_work(wq->cpu_wq + cpu, work);/*调度到特定CPU的worklist上*/
ret = 1;
}
put_cpu();
return ret;
}
/* Preempt must be disabled. */
static void __queue_work(struct cpu_workqueue_struct *cwq,
struct work_struct *work)
{
unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
work->wq_data = cwq;
list_add_tail(&work->entry, &cwq->worklist);/*将任务添加到工作列表中*/
cwq->insert_sequence++;
wake_up(&cwq->more_work);/*唤醒可能正在睡眠的工作者线程*/
spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
}
五、销毁工作队列
在销毁工作队列时，如果工作链表worklist中仍然有等待执行的任务，可以有两种操作：①全部丢弃；②全部执行完毕后再销毁工作队列。Linux内核中不同版本处理方式不一致，参考Linux-2.6.12源码，是讲工作链表中的任务全部执行完毕后再销毁工作队列。
void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)
{
int cpu;
flush_workqueue(wq);/*确保提交到worklist的任务都全部执行完成*/
/* We don't need the distraction of CPUs appearing and vanishing. */
lock_cpu_hotplug();
if (is_single_threaded(wq))
cleanup_workqueue_thread(wq, 0);/*清除工作者线程*/
else {
for_each_online_cpu(cpu)
cleanup_workqueue_thread(wq, cpu);/*清除工作者线程*/
spin_lock(&workqueue_lock);
list_del(&wq->list);/*从全局工作队列链表上摘除*/
spin_unlock(&workqueue_lock);
}
unlock_cpu_hotplug();
kfree(wq);
}
static void cleanup_workqueue_thread(struct workqueue_struct *wq, int cpu)
{
struct cpu_workqueue_struct *cwq;
unsigned long flags;
struct task_struct *p;
cwq = wq->cpu_wq + cpu;
spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
p = cwq->thread;
cwq->thread = NULL;
spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
if (p)
kthread_stop(p);/*停止工作者线程，此函数会阻塞*/
}
六、Linux内核维护的工作队列
内核在启动过程中初始化了一个(可能有多个)工作队列keventd_wq(name为events.)
这个工作队列我们都可以使用，如果不想自己创建单独的工作队列，我们完全可以使用events队列来完成我们的任务。需要说明的是：events可能有很多任务需要处理，因此效率上可能不是很高，因此需要视具体情况而定。events调用接口在上面提供的接口基础上又重新做了封装。
/*内核启动过程中定义的工作队列:kevenetd_wq*/
static struct workqueue_struct *keventd_wq;
void init_workqueues(void)
{
hotcpu_notifier(workqueue_cpu_callback, 0);
keventd_wq = create_workqueue("events");/*创建keventd_wq*/
BUG_ON(!keventd_wq);
}
int fastcall schedule_work(struct work_struct *work)
{
return queue_work(keventd_wq, work);
}
int fastcall schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay)
{
return queue_delayed_work(keventd_wq, work, delay);
}
