Linux 内核等待队列解析

在阅读Tun驱动时看到,有一些类似 add_wait_queue 的函数,这些函数正是执行等待队列的相关操作,要说等待队列还得从内核进程调度说起,内核调度系统内进程,分配时间片,但是有些进程如从网卡中读数据,在网卡有数据到达之前进程处于阻塞状态,如果此时给相应进程分配时间片做调度,无疑是浪费系统资源,所以系统内每个进程都有自己的状态标志 task->state,这些状态定义于文件 include/linux/sched.h

#define TASK_RUNNING 0 #define TASK_INTERRUPTIBLE 1 #define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 ...


内核只会调用标志是 TASK_RUNNING 的进程,如果需要等待资源,可以设置自己的进程标志为 TASK_INTERRUPTIBLE (可中断)或者 TASK_UNINTERRUPTIBLE (不可中断),然后调用 schedule();放弃CPU,此进程就不会被内核调度了,但随之而来的问题是,如果进程所需资源可以使用,如何唤醒进程呢,这就要依赖于等待队列了,进程在放弃控制权之前,把自己加入一个队列中,当所需条件满足,其他进程便可wakeup该队列,修改进程状态为 TASK_RUNNING,等待进程便可顺利往下执行了。

与等待队列相关的操作有如下几种:

/* 等待队列头声明 */ wait_queue_head_t simple_queue; /* 初始化等待队列头 */ init_waitqueue_head(&simple_queue); /* 定义等待队列项 */ DECLARE_WAITQUEUE (name, tsk); /* 添加删除等待项 */ void fastcall add_wait_queue(wait_queue_head_t * q, wait_queue_t * wait); void fastcall remove_wait_queue(wait_queue_head_t * q, wait_queue_t * wait); /* 唤醒等待头中的所有项 */ void wake_up(wait_queue_head_t * queue); void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t * queue);

结合这些函数,再往simple驱动里添加一些简单的机制支持等待。在 simple_read 函数中修改当前进程状态,加入等待队列后,放弃控制权,另加入 simple_write 函数唤醒队列。

#include<linux/init.h> #include<linux/module.h> #include<linux/fs.h> #include<linux/types.h> #include<linux/cdev.h> #include<linux/mm.h> #include<linux/sched.h> #include<asm/io.h> #include<asm/uaccess.h> #include<asm/system.h> #include<linux/device.h> dev_t devno; struct class * simple_class; static struct cdev cdev; wait_queue_head_t simple_queue; char test_data[255]; int len; ssize_t simple_read(struct file * pfile, char __user * buf, size_t size, loff_t * ppos) { /* 定义一个等待项,添加到等待队列,并设置进程状态后放弃执行权 */ DECLARE_WAITQUEUE (simple_item, current); add_wait_queue(&simple_queue, &simple_item); current->state = TASK_INTERRUPTIBLE; schedule(); /* 被唤醒以后,从队列中移除 */ remove_wait_queue(&simple_queue, &simple_item); if (copy_to_user(buf, test_data, len)) return -EFAULT; else return len; } ssize_t simple_write(struct file * pfile, const char __user * buf, size_t count, loff_t * ppos) { if (count > 255) { return -EFAULT; } if (!copy_from_user(test_data, buf, count)) { len = count; /* 唤醒等待队列中所有进程 */ wake_up(&simple_queue); } return len; } int simple_open(struct inode * pnode, struct file * pfile) { printk(KERN_INFO "open simple\n"); return 0; } int simple_release(struct inode * pnode, struct file * pfile) { printk(KERN_INFO "close simple\n"); return 0; } static struct file_operations simple_op = { .owner = THIS_MODULE, .read = simple_read, .open = simple_open, .release = simple_release, .write = simple_write, }; static int __init initialization(void) { int result; result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "simple"); if (result < 0) return result; cdev_init(&cdev, &simple_op); result = cdev_add(&cdev, devno, 1); simple_class = class_create(THIS_MODULE, "simple"); device_create(simple_class, NULL, devno, NULL, "simple"); printk(KERN_INFO " init simple\n"); init_waitqueue_head(&simple_queue); return result; } static void __exit cleanup(void) { device_destroy(simple_class, devno); class_destroy(simple_class); cdev_del(&cdev); unregister_chrdev_region(devno, 1); printk(KERN_INFO " cleanup simple\n"); } module_init(initialization); module_exit(cleanup); MODULE_AUTHOR("alloc cppbreak@gmail.com"); MODULE_DESCRIPTION("A simple linux kernel module"); MODULE_VERSION("V0.2"); MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");

加载模块 insmod simple.ko 后,使用cat读取数据,cat /dev/simple, 会发现进程处于等待状态,不会输出任何信息,新打开一个终端,输入echo “test” > /dev/simple执行写操作,cat便会输出数据,紧接着再次处于等待状态。

insmod simple.ko cat /dev/simple ---> 进程等待 first ---> echo "first" > /dev/simple cool ---> echo "cool" > /dev/simple

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