什麼是 workqueue ?
Linux 中的 Workqueue 機制就是為了簡化內核線程的創建。通過調用 workqueue 的接口就能創建內核線程。並且可以根據當前系統 CPU 的個數創建線程的數量,使得線程處理的事務能夠並行化。
workqueue 是內核中實現簡單而有效的機制,他顯然簡化了內核 daemon 的創建,方便了用戶的編程,
Workqueue 機制的實現
Workqueue 機制中定義了兩個重要的數據結構,分析如下:
1、cpu_workqueue_struct 結構。該結構將 CPU 和內核線程進行了綁定。在創建 workqueue 的過程中, Linux 根據當前系統 CPU 的個數創建 cpu_workqueue_struct 。在該結構主要維護了一個任務隊列,以及內核線程需要睡眠的等待隊列,另外還維護了一個任務上下文,即 task_struct 。
2、work_struct 結構是對任務的抽象。在該結構中需要維護具體的任務方法,需要處理的數據,以及任務處理的時間。該結構定義如下:
struct work_struct {
unsigned long pending;
struct list_head entry; /* 將任務掛載到 queue 的掛載點 */
void (*func)(void *); /* 任務方法 */
void *data; /* 任務處理的數據 */
void *wq_data; /* work 的屬主 */
strut timer_list timer; /* 任務延時處理定時器 */
};
當用戶調用 workqueue 的初始化接口 create_workqueue 或者 create_singlethread_workqueue 對 workqueue 隊列進行初始化時,內核就開始為用戶分配一個 workqueue 對象,並且將其鏈到一個全局的 workqueue 隊列中。然後 Linux 根據當前 CPU 的情況,為 workqueue 對象分配與 CPU 個數相同的 cpu_workqueue_struct 對象,每個 cpu_workqueue_struct 對象都會存在一條任務隊列。緊接著, Linux 為每個 cpu_workqueue_struct 對象分配一個內核 thread ,即內核 daemon 去處理每個隊列中的任務。至此,用戶調用初始化接口將 workqueue 初始化完畢,返回 workqueue 的指針。
在初始化 workqueue 過程中,內核需要初始化內核線程,注冊的內核線程工作比較簡單,就是不斷的掃描對應 cpu_workqueue_struct 中的任務隊列,從中獲取一個有效任務,然後執行該任務。所以如果任務隊列為空,那麼內核 daemon 就在 cpu_workqueue_struct 中的等待隊列上睡眠,直到有人喚醒 daemon 去處理任務隊列。
Workqueue 初始化完畢之後,將任務運行的上下文環境構建起來了,但是具體還沒有可執行的任務,所以,需要定義具體的 work_struct 對象。然後將 work_struct 加入到任務隊列中, Linux 會喚醒 daemon 去處理任務。
上述描述的 workqueue 內核實現原理可以描述如下:
在 Workqueue 機制中,提供了一個系統默認的 workqueue 隊列—— keventd_wq ,這個隊列是 Linux 系統在初始化的時候就創建的。用戶可以直接初始化一個 work_struct 對象,然後在該隊列中進行調度,使用更加方便。
Workqueue 編程接口序號
接口函數
說明
1
create_workqueue
用於創建一個 workqueue 隊列,為系統中的每個 CPU 都創建一個內核線程。輸入參數:
@name : workqueue 的名稱
2
create_singlethread_workqueue
用於創建 workqueue ,只創建一個內核線程。輸入參數:
@name : workqueue 名稱
3
destroy_workqueue
釋放 workqueue 隊列。輸入參數:
@ workqueue_struct :需要釋放的 workqueue 隊列指針
4
schedule_work
調度執行一個具體的任務,執行的任務將會被掛入 Linux 系統提供的 workqueue —— keventd_wq 輸入參數:
@ work_struct :具體任務對象指針
5
schedule_delayed_work
延遲一定時間去執行一個具體的任務,功能與 schedule_work 類似,多了一個延遲時間,輸入參數:
@work_struct :具體任務對象指針
@delay :延遲時間