Linux设备驱动之workqueue----中断底半部机制

以你之姓@ 2022-04-16 01:50 587阅读 0赞

文章为本人学习笔记和总结，如有错误，请多多指教；

引言：

linux实现中断底半部的机制主要有tasklet、工作队列、软中断和线程化；

本文主要介绍下工作队列---workqueue

1、工作队列（workqueue）简介

Linux中的Workqueue机制就是为了简化内核线程的创建。通过调用workqueue的接口就能创建内核线程。并且可以根据当前系统CPU的个数创建线程的数量，使得线程处理的事务能够并行化。workqueue是内核中实现简单而有效的机制，他显然简化了内核daemon的创建，方便了用户的编程.

工作队列（workqueue）是另外一种将工作推后执行的形式.工作队列可以把工作推后，交由一个内核线程去执行，也就是说，这个下半部分可以在进程上下文中执行。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠；

由于每一个工作队列都有一个或者多个专用的进程（内核线程），这些进程运行提交到该队列的函数；

从表面看工作队列（workqueue）类似于tasklet，它们都允许内核代码请求某个函数在将来的时间被调用。但两者有很大差别：

*  tasklet在软中断上下文中运行，因此所有的tasklet代码必须是原子的；而工作队列函数是在特殊的内核进程上下文中运行，因此具有更好的灵活性，如工作队列可以调用和休眠
 *  tasklet始终运行在被初始提交的同一CPU上，但这只是工作队列的默认方式
 *  内核代码可以请求延时给定的时间间隔后执行工作队列函数

两者关键区别：tasklet会在很短时间段内执行，并且是原子模式的，而工作队列函数具有更长延时并且不必原子化；

2、工作队列（workqueue）使用

*   工作（work）数据结构：

struct work_struct {  
        atomic_long_t data;       /*工作处理函数func的参数*/  
    #define WORK_STRUCT_PENDING 0        /* T if work item pending execution */  
    #define WORK_STRUCT_STATIC 1        /* static initializer (debugobjects) */  
    #define WORK_STRUCT_FLAG_MASK (3UL)  
    #define WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK (~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)  
        struct list_head entry;        /*连接工作的指针*/  
        work_func_t func;              /*工作处理函数*/  
    #ifdef CONFIG_LOCKDEP  
        struct lockdep_map lockdep_map;  
    #endif  
    }; 
    //工作队列执行函数的原型：
    void (*work_func_t)(struct work_struct *work);
    //该函数会由一个工作者线程执行，因此其在进程上下文中，可以睡眠也可以中断。但只能在内核中运行，无法访问用户空间。

*  工作将以队列形式组织成工作队列（workqueue），其数据结构如下：

struct workqueue_struct {
     struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
     struct list_head list;
     const char *name;   /*workqueue name*/
     int singlethread;   /*是不是单线程 - 单线程我们首选第一个CPU -0表示采用默认的工作者线程event*/
     int freezeable;  /* Freeze threads during suspend */
     int rt;
    };

*  多CPU多线程工作队列cpu\_workqueue\_struct

truct cpu_workqueue_struct {
     spinlock_t lock;/*因为工作者线程需要频繁的处理连接到其上的工作，所以需要枷锁保护*/
     struct list_head worklist;
     wait_queue_head_t more_work;
     struct work_struct *current_work; /*当前的work*/
     struct workqueue_struct *wq;   /*所属的workqueue*/
     struct task_struct *thread; /*任务的上下文*/
    } ____cacheline_aligned;

综上所述：工作有struct work\_struct的类型，工作队列有struct workqueue\_struct的类型，该结构定义在<linux/workqueue.h>中。在使用前，我们必须显示的创建一个工作队列，介绍如下：

*  创建工作队列workqueue

在使用工作队列之前，首先我们需要创建工作队列，可以使用下面两个函数之一：

struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
    struct workqueue_struct *create_singlethread_workqueue(const char *name);

两个函数的区别:

使用create\_workqueue()函数，内核则会在系统中的每一个CPU上为该工作队列创建专用的线程；这种情况下，可能会对系统性能造成一定影响。

而如果单个线程能够满足要求，则建议使用create\_singlethread\_workqueue()函数创建工作队列。

*  提交工作work

1）创建好工作队列后，那么如何提交工作到一个工作队列，首先需要填充work\_struct结构体，可以有如下方法：

DECLARE_WORK(name, void (*func)(void *), void *data)
    INIT_WORK(struct work_struct *work, void (*func)(void *), void *data)
    PREPARE_WORK(struct work_struct *work, void (*func)(void *), void *data)

区别如下：

DECLARE\_WORK()是一个宏定义，并且该宏定义是在编译时完成的，即静态创建方法，其中name为结构名称，func是工作队列要调度的函数，data是传递给该函数的参数；

如果要在运行时构造work\_struct结构，应该使用后两个宏。INIT\_WORK完成更加彻底的初始化工作，因此在首次使用该结构时，建议使用这个宏。而PREPARE\_WORK完成几乎相同的工作，但是它不会初始化链接work\_struct结构的工作队列的指针；因此如果工作work\_struct已经被提交到工作队列中，而只是需要修改该结构，则应该使用PREPARE\_WORK。

2）然后要将工作提交到工作队列，则使用下面两个函数之一：

int queue_work(struct workqueue_struct *queue, struct work_struct *work);
    int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *queue, struct work_struct *work,
                    unsigned long delat);

它们都会将work添加到指定的workqueue。但是如果使用queue\_delayed\_work，则实际的工作至少会在经过指定的jiffies（由delay指定）之后才会被执行；如果工作被成功添加到队列，则上述函数返回值为1,。返回值为非零时，则意味着给定的work\_struct结构已经等待在该队列中，从而不能添加两次。

3、工作队列调度schedule

使用如下函数调度工作队列中的工作，使用如下函数之一：

int schedule_work(struct work_struct *work);
    int schedule_delayed_work(struct work_struct *work, unsigned long delay);

两者区别：如果要马上调度运行work，则使用schedule\_work()函数，即一旦其所在的处理器上的工作者线程被唤醒，它就会被执行；有时候并不希望工作马上就被执行，而是希望它经过一段延迟以后再执行，则使用schedule\_delayed\_work()函数。

工作队列是没有优先级的，基本按照FIFO的方式进行处理；

4、工作队列取消

如果要取消某个挂起的工作队列入口项，可调用：

int cancel_delayed_work(struct work_struct *work);
    void flush_workqueue(struct workqueue_struct *queue);

在结束对工作队列的使用后，可调用下面函数释放相关资源：

void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *queue)；