linux kernel工作队列及源码解析

1. 前言
　　工作队列（workqueue）的Linux内核中的定义的用来处理不是很紧急事件的回调方式处理方法。
　　以下代码的linux内核版本为2.6.19.2， 源代码文件主要为kernel/workqueue.c.
　　2. 数据结构
　　/* include/linux/workqueue.h */
　　// 工作节点结构
　　struct work_struct {
　　// 等待时间
　　unsigned long pending;
　　// 链表节点
　　struct list_head entry;
　　// workqueue回调函数
　　void （*func）（void *）;
　　// 回调函数func的数据
　　void *data;
　　// 指向CPU相关数据， 一般指向struct cpu_workqueue_struct结构
　　void *wq_data;
　　// 定时器
　　struct timer_list timer;
　　};
　　struct execute_work {
　　struct work_struct work;
　　};
　　/* kernel/workqueue.c */
　　/*
　　* The per-CPU workqueue （if single thread， we always use the first
　　* possible cpu）。
　　*
　　* The sequence counters are for flush_scheduled_work（）。 It wants to wait
　　* until all currently-scheduled works are completed， but it doesn‘t
　　* want to be livelocked by new， incoming ones. So it waits until
　　* remove_sequence is 》= the insert_sequence which pertained when
　　* flush_scheduled_work（） was called.
　　*/
　　// 这个结构是针对每个CPU的
　　struct cpu_workqueue_struct {
　　// 结构锁
　　spinlock_t lock;
　　// 下一个要执行的节点序号
　　long remove_sequence; /* Least-recently added （next to run） */
　　// 下一个要插入节点的序号
　　long insert_sequence; /* Next to add */
　　// 工作机构链表节点
　　struct list_head worklist;
　　// 要进行处理的等待队列
　　wait_queue_head_t more_work;
　　// 处理完的等待队列
　　wait_queue_head_t work_done;
　　// 工作队列节点
　　struct workqueue_struct *wq;
　　// 进程指针
　　struct task_struct *thread;
　　int run_depth; /* Detect run_workqueue（） recursion depth */
　　} ____cacheline_aligned;
　　/*
　　* The externally visible workqueue abstraction is an array of
　　* per-CPU workqueues：
　　*/
　　// 工作队列结构
　　struct workqueue_struct {
　　struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
　　const char *name;
　　struct list_head list; /* Empty if single thread */
　　};
　　kernel/workqueue.c中定义了一个工作队列链表， 所有工作队列可以挂接到这个链表中：
　　static LIST_HEAD（workqueues）;
　　3. 一些宏定义
　　/* include/linux/workqueue.h */
　　// 初始化工作队列
　　#define __WORK_INITIALIZER（n， f， d） {
　　// 初始化list
　　.entry = { &（n）.entry， &（n）.entry }，
　　// 回调函数
　　.func = （f），
　　// 回调函数参数
　　.data = （d），
　　// 初始化定时器
　　.timer = TIMER_INITIALIZER（NULL， 0， 0），
　　}
　　// 声明工作队列并初始化
　　#define DECLARE_WORK（n， f， d）
　　struct work_struct n = __WORK_INITIALIZER（n， f， d）
　　/*
　　* initialize a work-struct’s func and data pointers：
　　*/
　　// 重新定义工作结构参数
　　#define PREPARE_WORK（_work， _func， _data）
　　do {
　　（_work）-》func = _func;
　　（_work）-》data = _data;
　　} while （0）
　　/*
　　* initialize all of a work-struct：
　　*/
　　// 初始化工作结构， 和__WORK_INITIALIZER功能相同，不过__WORK_INITIALIZER用在
　　// 参数初始化定义， 而该宏用在程序之中对工作结构赋值
　　#define INIT_WORK（_work， _func， _data）
　　do {
　　INIT_LIST_HEAD（&（_work）-》entry）;
　　（_work）-》pending = 0;
　　PREPARE_WORK（（_work）， （_func）， （_data））;
　　init_timer（&（_work）-》timer）;
　　} while （0）
　　4. 操作函数
　　4.1 创建工作队列
　　一般的创建函数是create_workqueue， 但这其实只是一个宏：
　　/* include/linux/workqueue.h */
　　#define create_workqueue（name） __create_workqueue（（name）， 0）
　　在workqueue的初始化函数中， 定义了一个针对内核中所有线程可用的事件工作队列， 其他内核线程建立的事件工作结构就都挂接到该队列：
　　void init_workqueues（void）
　　{
　　。..
　　keventd_wq = create_workqueue（“events”）;
　　。..
　　}
　　核心创建函数是__create_workqueue：
　　struct workqueue_struct *__create_workqueue（const char *name，
　　int singlethread）
　　{
　　int cpu， destroy = 0;
　　struct workqueue_struct *wq;
　　struct task_struct *p;
　　// 分配工作队列结构空间
　　wq = kzalloc（sizeof（*wq）， GFP_KERNEL）;
　　if （！wq）
　　return NULL;
　　// 为每个CPU分配单独的工作队列空间
　　wq-》cpu_wq = alloc_percpu（struct cpu_workqueue_struct）;
　　if （！wq-》cpu_wq） {
　　kfree（wq）;
　　return NULL;
　　}
　　wq-》name = name;
　　mutex_lock（&workqueue_mutex）;
　　if （singlethread） {
　　// 使用create_workqueue宏时该参数始终为0
　　// 如果是单一线程模式， 在单线程中调用各个工作队列
　　// 建立一个的工作队列内核线程
　　INIT_LIST_HEAD（&wq-》list）;
　　// 建立工作队列的线程
　　p = create_workqueue_thread（wq， singlethread_cpu）;
　　if （！p）
　　destroy = 1;
　　else
　　// 唤醒该线程
　　wake_up_process（p）;
　　} else {
　　// 链表模式， 将工作队列添加到工作队列链表
　　list_add（&wq-》list， &workqueues）;
　　// 为每个CPU建立一个工作队列线程
　　for_each_online_cpu（cpu） {
　　p = create_workqueue_thread（wq， cpu）;
　　if （p） {
　　// 绑定CPU
　　kthread_bind（p， cpu）;
　　// 唤醒线程
　　wake_up_process（p）;
　　} else
　　destroy = 1;
　　}
　　}
　　mutex_unlock（&workqueue_mutex）;
　　/*
　　* Was there any error during startup？ If yes then clean up：
　　*/
　　if （destroy） {
　　// 建立线程失败， 释放工作队列
　　destroy_workqueue（wq）;
　　wq = NULL;
　　}
　　return wq;
　　}
　　EXPORT_SYMBOL_GPL（__create_workqueue）;
　　// 创建工作队列线程
　　static struct task_struct *create_workqueue_thread（struct workqueue_struct *wq，
　　int cpu）
　　{
　　// 每个CPU的工作队列
　　struct cpu_workqueue_struct *cwq = per_cpu_ptr（wq-》cpu_wq， cpu）;
　　struct task_struct *p;
　　spin_lock_init（&cwq-》lock）;
　　// 初始化
　　cwq-》wq = wq;
　　cwq-》thread = NULL;
　　cwq-》insert_sequence = 0;
　　cwq-》remove_sequence = 0;
　　INIT_LIST_HEAD（&cwq-》worklist）;
　　// 初始化等待队列more_work， 该队列处理要执行的工作结构
　　init_waitqueue_head（&cwq-》more_work）;
　　// 初始化等待队列work_done， 该队列处理执行完的工作结构
　　init_waitqueue_head（&cwq-》work_done）;
　　// 建立内核线程work_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;
　　// 保存线程指针
　　cwq-》thread = p;
　　return p;
　　}
　　static int worker_thread（void *__cwq）
　　{
　　struct cpu_workqueue_struct *cwq = __cwq;
　　// 声明一个等待队列
　　DECLARE_WAITQUEUE（wait， current）;
　　// 信号
　　struct k_sigaction sa;
　　sigset_t blocked;
　　current-》flags |= PF_NOFREEZE;
　　// 降低进程优先级， 工作进程不是个很紧急的进程，不和其他进程抢占CPU，通常在系统空闲时运行