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工作、工作隊列和工作者線程
如前所述，我們把推後執行的任務叫做工作（work），描述它的數據結構爲work_struct，這些工作以隊列結構組織成工作隊列（workqueue），其數據結構爲workqueue_struct，而工作線程就是負責執行工作隊列中的工作。系統默認的工作者線程爲events,自己也可以創建自己的工作者線程。
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表示工作的數據結構
工作用中定義的work_struct結構表示：
struct work_struct{
unsigned long pending;
struct list_head entry;
void (*func) (void *);
void *data;
void *wq_data;
struct timer_list timer;
};
這些結構被連接成鏈表。當一個工作者線程被喚醒時，它會執行它的鏈表上的所有工作。工作被執行完畢，它就將相應的work_struct對象從鏈表上移去。當鏈表上不再有對象的時候，它就會繼續休眠。
3. 創建推後的工作
要使用工作隊列，首先要做的是創建一些需要推後完成的工作。可以通過DECLARE_WORK在編譯時靜態地建該結構：
DECLARE_WORK(name, void (*func) (void *), void *data);
這樣就會靜態地創建一個名爲name，待執行函數爲func，參數爲data的work_struct結構。
同樣，也可以在運行時通過指針創建一個工作：
INIT_WORK(struct work_struct *work, woid(*func) (void *), void*data);
這會動態地初始化一個由work指向的工作。
4. 工作隊列中待執行的函數
工作隊列待執行的函數原型是：
void work_handler(void *data)
這個函數會由一個工作者線程執行，因此，函數會運行在進程上下文中。默認情況下，允許響應中斷，並且不持有任何鎖。如果需要，函數可以睡眠。需要注意的是，儘管該函數運行在進程上下文中，但它不能訪問用戶空間，因爲內核線程在用戶空間沒有相關的內存映射。通常在系統調用發生時，內核會代表用戶空間的進程運行，此時它才能訪問用戶空間，也只有在此時它纔會映射用戶空間的內存。
5. 對工作進行調度
現在工作已經被創建，我們可以調度它了。想要把給定工作的待處理函數提交給缺省的events工作線程，只需調用
schedule_work(&work)；
work馬上就會被調度，一旦其所在的處理器上的工作者線程被喚醒，它就會被執行。
有時候並不希望工作馬上就被執行，而是希望它經過一段延遲以後再執行。在這種情況下，可以調度它在指定的時間執行：
schedule_delayed_work(&work, delay);
這時，&work指向的work_struct直到delay指定的時鐘節拍用完以後纔會執行。
6. 工作隊列的簡單應用
#include
#include
#include
staticstructworkqueue_struct*queue=NULL;
staticstructwork_struct work;
staticvoidwork_handler(structwork_struct*data)
{
printk(KERN_ALERT"work handler function./n");
}
staticint__init test_init(void)
{
queue=create_singlethread_workqueue("helloworld");
if(!queue)
gotoerr;
INIT_WORK(&work,work_handler);
schedule_work(&work);
return0;
err:
return-1;
}
staticvoid__exit test_exit(void)
{
destroy_workqueue(queue);
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(test_init);
module_exit(test_exit);
走入Linux的殿堂已經有一年有餘了，在這裏我想將Linux的各種實現機制分析一遍，一方面對自己來說也是溫故而知新，另一方面，促進大家的交流，最好能夠給大家一些拋磚引玉的啓迪。我是硬件出身，搞硬件已經好多年了，從是專門軟件開發也接近兩年了，在這一段時間內我越發認爲軟硬件協同設計是未來發展的主流，軟硬件的界限越來越模糊，軟硬件的設計思想是相通的，實現方法是各異的，實現的結果上當然也存在較大差別，因此，很有必要做好軟硬件的協同設計。本着這樣的想法，我想將我所認識的Linux分析一遍，特別是一些我認爲精華和重要的機制，另外在討論過程中，我會插入一些其他的OS實現機制，進行對比分析，我把這一類blog文章劃歸爲“Linux機制分析”，希望大家支持。
什麼是workqueue？
Linux中的Workqueue機制就是爲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;
void (*func)(void *);
void *data;
void *wq_data;
strut timer_list timer;
};
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，內核就開始爲用戶分配一個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，爲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。緊接着，Linux爲每個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，註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。所以如果任務隊列爲空，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，爲系統中的每個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
6
queue_work
調度執行一個指定workqueue中的任務。輸入參數：
@ workqueue_struct：指定的workqueue指針
@work_struct：具體任務對象指針
7
queue_delayed_work
延遲調度執行一個指定workqueue中的任務，功能與queue_work類似，輸入參數多了一個delay。