工作隊列 工作線程 工作(work_struct)

工作隊列(work queue)是Linux kernel中將工作推後執行的一種機制。這種機制和BH或Tasklets不同之處在於工作隊列是把推後的工作交由一個內核線程去執行，因此工作隊列的優勢就在於它允許重新調度甚至睡眠。

workqueue,中文稱其爲工作隊列，是一個用於創建內核線程的接口，通過它創建的內核線程來執行內核其他模塊排列到隊列裏的工作，創建的內核線程被稱爲工作者線程。要理解工作隊列的實現，重點在於理解相關的三個數據結構的含義及關係

工作隊列是2.6內核開始引入的機制，在2.6.20之後，工作隊列的數據結構發生了一些變化，因此本文分成兩個部分對2.6.20之前和之後的版本分別做介紹。

I、2.6.0~2.6.19

數據結構：

1 2 3 4 5 6 7 8

structwork_struct {     unsignedlong pending;     structlist_head entry;     void(*func)(void*);     void*data;     void*wq_data;     structtimer_list timer; };

pending是用來記錄工作是否已經掛在隊列上；

entry是循環鏈表結構；

func作爲函數指針，由用戶實現；

data用來存儲用戶的私人數據，此數據即是func的參數；

wq_data一般用來指向工作者線程（工作者線程參考下文）；

timer是推後執行的定時器。

work_struct的這些變量裏，func和data是用戶使用的，其他是內部變量，我們可以不用太過關心。

1. 表示工作隊列類型的數據結構：struct workqueue_struct

struct workqueue_struct {
    struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;   /*工作者線程數組*/
    struct list_head list; 
/*連接工作隊列類型的鏈表*/
    const char 
*name;        /*工作者線程的名稱*/
    int singlethread;         /*是否創建新的工作者線程，0表示採用默認的工作者線程event/n*/
    int freezeable;/* Freeze threads during suspend*/
    int rt;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
    struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};

內核中默認的工作隊列爲：

static struct workqueue_struct 
*keventd_wq __read_mostly;

其對應的工作者線程爲：event/n    其中，n代表當前cpu中processor的個數。

2. 表示工作者線程的數據結構：struct cpu_workqueue_struct

struct cpu_workqueue_struct {

    spinlock_t lock;          /*因爲工作者線程需要頻繁的處理連接到其上的工作，所以需要枷鎖保護*/

    struct list_head worklist;
    wait_queue_head_t more_work;
    struct work_struct *current_work; /*當前工作線程需要處理的工作*/

    struct workqueue_struct *wq;   /*該工作者線程屬於那種類型的工作者隊列*/
    struct task_struct *thread;    /*指向工作者線程的任務結構體*/
} ____cacheline_aligned;

workqueue的執行非常簡單，即在每次運行工作者線程的時候，去遍歷工作者線程對應的工作鏈表上的工作，逐一進行處理即可，從這裏我們也可以猜到，工作隊列是沒有優先級的，基本按照FIFO的方式進行處理。

API：

1 2 3 4 5

INIT_WORK(_work, _func, _data); int schedule_work(struct work_struct *work); int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay); void flush_scheduled_work(void); int cancel_delayed_work(struct work_struct *work);

1、初始化指定工作，目的是把用戶指定的函數_func及_func需要的參數_data賦給work_struct的func及data變量。

2、對工作進行調度，即把給定工作的處理函數提交給缺省的工作隊列和工作者線程。工作者線程本質上是一個普通的內核線程，在默認情況下，每個CPU均有一個類型爲“events”的工作者線程，當調用schedule_work時，這個工作者線程會被喚醒去執行工作鏈表上的所有工作。

3、延遲執行工作，與schedule_work類似。

4、刷新缺省工作隊列。此函數會一直等待，直到隊列中的所有工作都被執行。

5、flush_scheduled_work並不取消任何延遲執行的工作，因此，如果要取消延遲工作，應該調用cancel_delayed_work。

 

以上均是採用缺省工作者線程來實現工作隊列，其優點是簡單易用，缺點是如果缺省工作隊列負載太重，執行效率會很低，這就需要我們創建自己的工作者線程和工作隊列。

API：

1 2 3 4 5

structworkqueue_struct *create_workqueue(constchar *name); int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work); int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work, unsigned long delay); void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq); void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq);

1、創建新的工作隊列和相應的工作者線程，name用於該內核線程的命名。

2、類似於schedule_work，區別在於queue_work把給定工作提交給創建的工作隊列wq而不是缺省隊列。

3、延遲執行工作。

4、刷新指定工作隊列。

5、釋放創建的工作隊列。

 

下面一段代碼可以看作一個簡單的實作：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

void my_func(void *data) {     char*name = (char*)data;     printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, name); }   structworkqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”); structwork_struct my_work;   INIT_WORK(&my_work, my_func, “Jack”); queue_work(my_wq, &my_work);   destroy_workqueue(my_wq);

 

II、2.6.20~2.6.??

自2.6.20起，工作隊列的數據結構發生了一些變化，使用時不能沿用舊的方法。

 

數據結構：

1 2 3 4 5 6 7

typedefvoid (*work_func_t)(structwork_struct *work);   structwork_struct {     atomic_long_t data;     structlist_head entry;     work_func_t func; };

與2.6.19之前的版本相比，work_struct瘦身不少。粗粗一看，entry和之前的版本相同，func和data發生了變化，另外並無其他的變量。

entry我們不去過問，這個和以前的版本完全相同。data的類型是atomic_long_t，這個類型從字面上看可以知道是一個原子類型。第一次看到這個變量時，很容易誤認爲和以前的data是同樣的用法，只不過類型變了而已，其實不然，這裏的data是之前版本的pending和wq_data的複合體，起到了以前的pending和wq_data的作用。

func的參數是一個work_struct指針，指向的數據就是定義func的work_struct。

看到這裏，會有兩個疑問，第一，如何把用戶的數據作爲參數傳遞給func呢？以前有void *data來作爲參數，現在好像完全沒有辦法做到；第二，如何實現延遲工作？目前版本的work_struct並沒有定義timer。

 

解決第一個問題，需要換一種思路。2.6.20版本之後使用工作隊列需要把work_struct定義在用戶的數據結構中，然後通過container_of來得到用戶數據。具體用法可以參考稍後的實作。

 

對於第二個問題，新的工作隊列把timer拿掉的用意是使得work_struct更加單純。首先回憶一下之前版本，只有在需要延遲執行工作時纔會用到timer，普通情況下timer是沒有意義的，所以之前的做法在一定程度上有些浪費資源。所以新版本中，將timer從work_struct中拿掉，然後又定義了一個新的結構delayed_work用於處理延遲執行：

1 2 3 4

structdelayed_work {     structwork_struct work;     structtimer_list timer; };

 

下面把API羅列一下，每個函數的解釋可參考之前版本的介紹或者之後的實作：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

INIT_WORK(structwork_struct *work, work_func_t func); INIT_DELAYED_WORK(structdelayed_work *work, work_func_t func); int schedule_work(struct work_struct *work); int schedule_delayed_work(struct delayed_work *work, unsigned long delay); structworkqueue_struct *create_workqueue(constchar *name); int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work); int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq, struct delayed_work *work, unsigned long delay); void flush_scheduled_work(void); void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq); int cancel_delayed_work(struct delayed_work *work); voiddestroy_workqueue(structworkqueue_struct *wq);

其中，1、2、4、7和以前略有區別，其他用法完全一樣。

 

實作：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

structmy_struct_t {     char*name;     structwork_struct my_work; };   void my_func(struct work_struct *work) {     structmy_struct_t *my_name = container_of(work, structmy_struct_t, my_work);     printk(KERN_INFO “Hello world, my name is %s!\n”, my_name->name); }   structworkqueue_struct *my_wq = create_workqueue(“my wq”); structmy_struct_t my_name;   my_name.name = “Jack”;   INIT_WORK(&(my_name.my_work), my_func); queue_work(my_wq, &(my_name.my_work));   destroy_workqueue(my_wq);