Linux 工作队列 workqueue 是什么情况？
发布时间：2022-01-16 20:27:10 所属栏目：系统 来源：互联网
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目录 工作队列是什么 驱动程序 编译、测试 别人的经验，我们的阶梯！ Linux中断处理可用下图总结： 图中描述了中断处理中的下半部分都有哪些机制，以及如何根据实际的业务场景、限制条件来进行选择。 可以看出：这些不同的实现之间，有些是重复的，或者是相互取代的关系。 也正因为此，它们之间的使用方式几乎是大同小异，至少是在API接口函数的使用方式上，从使用这的角度来看，都是非常类似的。 这篇文章，我们就通过实际的代码操作，来演示一下工作队列(workqueue)的使用方式。 工作队列是什么 工作队列是Linux操作系统中，进行中断下半部分处理的重要方式！ 从名称上可以猜到：一个工作队列就好像业务层常用的消息队列一样，里面存放着很多的工作项等待着被处理。 工作队列中有两个重要的结构体：工作队列(workqueue_struct) 和 工作项(work_struct)： struct workqueue_struct { struct list_head pwqs; /* WR: all pwqs of this wq */ struct list_head list; /* PR: list of all workqueues */ ... char name[WQ_NAME_LEN]; /* I: workqueue name */ ... /* hot fields used during command issue, aligned to cacheline */ unsigned int flags ____cacheline_aligned; /* WQ: WQ_* flags */ struct pool_workqueue __percpu *cpu_pwqs; /* I: per-cpu pwqs */ struct pool_workqueue __rcu *numa_pwq_tbl[]; /* PWR: unbound pwqs indexed by node */ }; struct work_struct { atomic_long_t data; struct list_head entry; work_func_t func; // 指向处理函数 #ifdef CONFIG_LOCKDEP struct lockdep_map lockdep_map; #endif }; 在内核中，工作队列中的所有工作项，是通过链表串在一起的，并且等待着操作系统中的某个线程挨个取出来处理。 这些线程，可以是由驱动程序通过 kthread_create 创建的线程，也可以是由操作系统预先就创建好的线程。 这里就涉及到一个取舍的问题了。 如果我们的处理函数很简单，那么就没有必要创建一个单独的线程来处理了。 原因有二： 创建一个内核线程是很耗费资源的，如果函数很简单，很快执行结束之后再关闭线程，太划不来了，得不偿失; 如果每一个驱动程序编写者都毫无节制地创建内核线程，那么内核中将会存在大量不必要的线程，当然了本质上还是系统资源消耗和执行效率的问题; 为了避免这种情况，于是操作系统就为我们预先创建好一些工作队列和内核线程。 我们只需要把需要处理的工作项，直接添加到这些预先创建好的工作队列中就可以了，它们就会被相应的内核线程取出来处理。 例如下面这些工作队列，就是内核默认创建的（include/linux/workqueue.h）： /* * System-wide workqueues which are always present. * * system_wq is the one used by schedule[_delayed]_work[_on](). * Multi-CPU multi-threaded. There are users which expect relatively * short queue flush time. Don't queue works which can run for too * long. * * system_highpri_wq is similar to system_wq but for work items which * require WQ_HIGHPRI. * * system_long_wq is similar to system_wq but may host long running * works. Queue flushing might take relatively long. * * system_unbound_wq is unbound workqueue. Workers are not bound to * any specific CPU, not concurrency managed, and all queued works are * executed immediately as long as max_active limit is not reached and * resources are available. * * system_freezable_wq is equivalent to system_wq except that it's * freezable. * * *_power_efficient_wq are inclined towards saving power and converted * into WQ_UNBOUND variants if 'wq_power_efficient' is enabled; otherwise, * they are same as their non-power-efficient counterparts - e.g. * system_power_efficient_wq is identical to system_wq if * 'wq_power_efficient' is disabled. See WQ_POWER_EFFICIENT for more info. */ extern struct workqueue_struct *system_wq; extern struct workqueue_struct *system_highpri_wq; extern struct workqueue_struct *system_long_wq; extern struct workqueue_struct *system_unbound_wq; extern struct workqueue_struct *system_freezable_wq; extern struct workqueue_struct *system_power_efficient_wq; extern struct workqueue_struct *system_freezable_power_efficient_wq; 以上这些默认工作队列的创建代码是(kernel/workqueue.c)： int __init workqueue_init_early(void) { ... system_wq = alloc_workqueue("events", 0, 0); system_highpri_wq = alloc_workqueue("events_highpri", WQ_HIGHPRI, 0); system_long_wq = alloc_workqueue("events_long", 0, 0); system_unbound_wq = alloc_workqueue("events_unbound", WQ_UNBOUND, WQ_UNBOUND_MAX_ACTIVE); system_freezable_wq = alloc_workqueue("events_freezable", WQ_FREEZABLE, 0); system_power_efficient_wq = alloc_workqueue("events_power_efficient", WQ_POWER_EFFICIENT, 0); system_freezable_power_efficient_wq = alloc_workqueue("events_freezable_power_efficient", WQ_FREEZABLE | WQ_POWER_EFFICIENT, 0); ... } 此外，由于工作队列 system_wq 被使用的频率很高，于是内核就封装了一个简单的函数(schedule_work)给我们使用： /** * schedule_work - put work task in global workqueue * @work: job to be done * * Returns %false if @work was already on the kernel-global workqueue and * %true otherwise. * * This puts a job in the kernel-global workqueue if it was not already * queued and leaves it in the same position on the kernel-global * workqueue otherwise. */ static inline bool schedule_work(struct work_struct *work){ return queue_work(system_wq, work); } 当然了，任何事情有利就有弊！ 由于内核默认创建的工作队列，是被所有的驱动程序共享的。 如果所有的驱动程序都把等待处理的工作项委托给它们来处理，那么就会导致某个工作队列中过于拥挤。 根据先来后到的原则，工作队列中后加入的工作项，就可能因为前面工作项的处理函数执行的时间太长，从而导致时效性无法保证。 因此，这里存在一个系统平衡的问题。 关于工作队列的基本知识点就介绍到这里，下面来实际操作验证一下。 驱动程序 之前的几篇文章，在驱动程序中测试中断处理的操作流程都是一样的，因此这里就不在操作流程上进行赘述了。 这里直接给出驱动程序的全貌代码，然后查看 dmesg 的输出信息。 创建驱动程序源文件和 Makefile： $ cd tmp/linux-4.15/drivers $ mkdir my_driver_interrupt_wq $ touch my_driver_interrupt_wq.c $ touch Makefile 示例代码全貌 测试场景是：加载驱动模块之后，如果监测到键盘上的ESC键被按下，那么就往内核默认的工作队列system_wq中增加一个工作项，然后观察该工作项对应的处理函数是否被调用。 #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/interrupt.h> static int irq; static char * devname; static struct work_struct mywork; // 接收驱动模块加载时传入的参数 module_param(irq, int, 0644); module_param(devname, charp, 0644); // 定义驱动程序的 ID，在中断处理函数中用来判断是否需要处理 #define MY_DEV_ID 1226 //中断处理函数 static irqreturn_t myirq_handler(int irq, void * dev) { struct myirq mydev; unsigned char key_code; mydev = *(struct myirq*)dev; // 检查设备 id，只有当相等的时候才需要处理 if (MY_DEV_ID == mydev.devid) { // 读取键盘扫描码 key_code = inb(KBD_DATA_REG); if (key_code == 0x01) { printk("ESC key is pressed! n"); // 初始化工作项 INIT_WORK(&mywork, mywork_handler); // 加入到工作队列 system_wq schedule_work(&mywork); } } return IRQ_HANDLED; } // 驱动模块初始化函数 static int __init myirq_init(void) { printk("myirq_init is called. n"); // 注册中断处理函数 if(request_irq(irq, myirq_handler, IRQF_SHARED, devname, &mydev)!=0) { printk("register irq[%d] handler failed. n", irq); return -1; } printk("register irq[%d] handler success. n", irq); return 0; } // 驱动模块退出函数 static void __exit myirq_exit(void) { printk("myirq_exit is called. n"); // 释放中断处理函数 free_irq(irq, &mydev); } MODULE_LICENSE("GPL"); module_init(myirq_init); module_exit(myirq_exit); Makefile 文件 ifneq ($(KERNELRELEASE),) obj-m := my_driver_interrupt_wq.o else KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd) default: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules clean: $(MAKE) -C $(KERNEL_PATH) M=$(PWD) clean endif 编译、测试 $ make $ sudo insmod my_driver_interrupt_wq.ko irq=1 devname=mydev 检查驱动模块是否加载成功： $ lsmod | grep my_driver_interrupt_wq my_driver_interrupt_wq 16384 0 再看一下 dmesg 的输出信息： $ dmesg ... [ 188.247636] myirq_init is called. [ 188.247642] register irq[1] handler success. 说明：驱动程序的初始化函数 myirq_init 被调用了，并且成功注册了 1 号中断的处理程序。 此时，按一下键盘上的 ESC 键。 操作系统在捕获到键盘中断之后，会依次调用此中断的所有中断处理程序，其中就包括我们注册的 myirq_handler 函数。 （编辑：湘西站长网） 【声明】本站内容均来自网络，其相关言论仅代表作者个人观点，不代表本站立场。若无意侵犯到您的权利，请及时与联系站长删除相关内容! |
