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_RUNNING0#define TASK_INTERRUPTIBLE1#define TASK_UNINTERRUPTIBLE2...
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;elsereturn 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 "）;return 0;}int simple_release（struct inode * pnode, struct file * pfile）{printk（KERN_INFO "close simple "）;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 "）;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 "）;}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.kocat /dev/simple--->进程等待first--->echo "first" > /dev/simplecool--->echo "cool" > /dev/simple