Linux中的工作队列

简介:

工作队列(work queue)是Linux kernel中将工作推后执行的一种机制。这种机制和BH或Tasklets不同之处在于工作队列是把推后的工作交由一个内核线程去执行,因此工作队列的优势就在于它允许重新调度甚至睡眠。

工作队列是2.6内核开始引入的机制,在2.6.20之后,工作队列的数据结构发生了一些变化,因此本文分成两个部分对2.6.20之前和之后的版本分别做介绍。

 

I、2.6.0~2.6.19

 
数据结构:
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struct  work_struct {
     unsigned long  pending;
     struct  list_head entry;
     void  (*func)( void  *);
     void  *data;
     void  *wq_data;
     struct  timer_list timer;
};

pending是用来记录工作是否已经挂在队列上;

entry是循环链表结构;

func作为函数指针,由用户实现;

data用来存储用户的私人数据,此数据即是func的参数;

wq_data一般用来指向工作者线程(工作者线程参考下文);

timer是推后执行的定时器。

work_struct的这些变量里,func和data是用户使用的,其他是内部变量,我们可以不用太过关心。

 

API:

 

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INIT_WORK(_work, _func, _data);
int  schedule_work( struct  work_struct *work);
int  schedule_delayed_work( struct  work_struct *work, unsigned long  delay);
void  flush_scheduled_work( void );
int  cancel_delayed_work( struct  work_struct *work);

1、初始化指定工作,目的是把用户指定的函数_func及_func需要的参数_data赋给work_struct的func及data变量。

2、对工作进行调度,即把给定工作的处理函数提交给缺省的工作队列和工作者线程。工作者线程本质上是一个普通的内核线程,在默认情况下,每个CPU均有一个类型为“events”的工作者线程,当调用schedule_work时,这个工作者线程会被唤醒去执行工作链表上的所有工作。

3、延迟执行工作,与schedule_work类似。

4、刷新缺省工作队列。此函数会一直等待,直到队列中的所有工作都被执行。

5、flush_scheduled_work并不取消任何延迟执行的工作,因此,如果要取消延迟工作,应该调用cancel_delayed_work。

 

以上均是采用缺省工作者线程来实现工作队列,其优点是简单易用,缺点是如果缺省工作队列负载太重,执行效率会很低,这就需要我们创建自己的工作者线程和工作队列。

API:

 

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struct  workqueue_struct *create_workqueue( const  char  *name);
int  queue_work( struct  workqueue_struct *wq, struct  work_struct *work);
int  queue_delayed_work( struct  workqueue_struct *wq, struct  work_struct *work, unsigned long  delay);
void  flush_workqueue( struct  workqueue_struct *wq);
void  destroy_workqueue( struct  workqueue_struct *wq);

1、创建新的工作队列和相应的工作者线程,name用于该内核线程的命名。

2、类似于schedule_work,区别在于queue_work把给定工作提交给创建的工作队列wq而不是缺省队列。

3、延迟执行工作。

4、刷新指定工作队列。

5、释放创建的工作队列。

 

下面一段代码可以看作一个简单的实作:

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void  my_func( void  *data)
{
     char  *name = ( char  *)data;
     printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, name);
}
 
struct  workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);
struct  work_struct my_work;
 
INIT_WORK(&my_work, my_func, “Jack”);
queue_work(my_wq, &my_work);
 
destroy_workqueue(my_wq);

 

 

II、2.6.20~2.6.??

 
自2.6.20起,工作队列的数据结构发生了一些变化,使用时不能沿用旧的方法。

 

数据结构:

 

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typedef  void  (*work_func_t)( struct  work_struct *work);
 
struct  work_struct {
     atomic_long_t data;
     struct  list_head entry;
     work_func_t func;
};

与2.6.19之前的版本相比,work_struct瘦身不少。粗粗一看,entry和之前的版本相同,func和data发生了变化,另外并无其他的变量。

entry我们不去过问,这个和以前的版本完全相同。data的类型是atomic_long_t,这个类型从字面上看可以知道是一个原子类型。第一次看到这个变量时,很容易误认为和以前的data是同样的用法,只不过类型变了而已,其实不然,这里的data是之前版本的pending和wq_data的复合体,起到了以前的pending和wq_data的作用。

func的参数是一个work_struct指针,指向的数据就是定义func的work_struct。

看到这里,会有两个疑问,第一,如何把用户的数据作为参数传递给func呢?以前有void *data来作为参数,现在好像完全没有办法做到;第二,如何实现延迟工作?目前版本的work_struct并没有定义timer。

 

解决第一个问题,需要换一种思路。2.6.20版本之后使用工作队列需要把work_struct定义在用户的数据结构中,然后通过container_of来得到用户数据。具体用法可以参考稍后的实作。

 

对于第二个问题,新的工作队列把timer拿掉的用意是使得work_struct更加单纯。首先回忆一下之前版本,只有在需要延迟执行工作时才会用到timer,普通情况下timer是没有意义的,所以之前的做法在一定程度上有些浪费资源。所以新版本中,将timer从work_struct中拿掉,然后又定义了一个新的结构delayed_work用于处理延迟执行:

 

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struct  delayed_work {
     struct  work_struct work;
     struct  timer_list timer;
};

 

下面把API罗列一下,每个函数的解释可参考之前版本的介绍或者之后的实作:

 

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INIT_WORK( struct  work_struct *work, work_func_t func);
INIT_DELAYED_WORK( struct  delayed_work *work, work_func_t func);
int  schedule_work( struct  work_struct *work);
int  schedule_delayed_work( struct  delayed_work *work, unsigned long  delay);
struct  workqueue_struct *create_workqueue( const  char  *name);
int  queue_work( struct  workqueue_struct *wq, struct  work_struct *work);
int  queue_delayed_work( struct  workqueue_struct *wq, struct  delayed_work *work, unsigned long  delay);
void  flush_scheduled_work( void );
void  flush_workqueue( struct  workqueue_struct *wq);
int  cancel_delayed_work( struct  delayed_work *work);
void  destroy_workqueue( struct  workqueue_struct *wq);

其中,1、2、4、7和以前略有区别,其他用法完全一样。

 

实作:

 

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struct  my_struct_t {
     char  *name;
     struct  work_struct my_work;
};
 
void  my_func( struct  work_struct *work)
{
     struct  my_struct_t *my_name = container_of(work, struct  my_struct_t, my_work);
     printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, my_name->name);
}
 
struct  workqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”);
struct  my_struct_t my_name;
 
my_name.name = “Jack”;
 
INIT_WORK(&(my_name.my_work), my_func);
queue_work(my_wq, &(my_name.my_work));
 
destroy_workqueue(my_wq);

 

 
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