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當(dāng)進(jìn)程要獲取某些資源(例如從網(wǎng)卡讀取數(shù)據(jù))的時(shí)候，但資源并沒有準(zhǔn)備好(例如網(wǎng)卡還沒接收到數(shù)據(jù))，這時(shí)候內(nèi)核必須切換到其他進(jìn)程運(yùn)行，直到資源準(zhǔn)備好再喚醒進(jìn)程。

waitqueue (等待隊(duì)列) 就是內(nèi)核用于管理等待資源的進(jìn)程，當(dāng)某個(gè)進(jìn)程獲取的資源沒有準(zhǔn)備好的時(shí)候，可以通過調(diào)用 add_wait_queue() 函數(shù)把進(jìn)程添加到 waitqueue 中，然后切換到其他進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行。當(dāng)資源準(zhǔn)備好，由資源提供方通過調(diào)用 wake_up() 函數(shù)來(lái)喚醒等待的進(jìn)程。

等待隊(duì)列初始化

要使用 waitqueue 首先需要聲明一個(gè) wait_queue_head_t 結(jié)構(gòu)的變量，wait_queue_head_t 結(jié)構(gòu)定義如下：

struct __wait_queue_head { 
    spinlock_t lock; 
    struct list_head task_list; 
}; 

waitqueue 本質(zhì)上是一個(gè)鏈表，而 wait_queue_head_t 結(jié)構(gòu)是 waitqueue 的頭部，lock 字段用于保護(hù)等待隊(duì)列在多核環(huán)境下數(shù)據(jù)被破壞，而 task_list 字段用于保存等待資源的進(jìn)程列表。

可以通過調(diào)用 init_waitqueue_head() 函數(shù)來(lái)初始化 wait_queue_head_t 結(jié)構(gòu)，其實(shí)現(xiàn)如下：

void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q) 
{ 
    spin_lock_init(&q->lock); 
    INIT_LIST_HEAD(&q->task_list); 
} 

初始化過程很簡(jiǎn)單，首先調(diào)用 spin_lock_init() 來(lái)初始化自旋鎖 lock，然后調(diào)用 INIT_LIST_HEAD() 來(lái)初始化進(jìn)程鏈表。

向等待隊(duì)列添加等待進(jìn)程

要向 waitqueue 添加等待進(jìn)程，首先要聲明一個(gè) wait_queue_t 結(jié)構(gòu)的變量，wait_queue_t 結(jié)構(gòu)定義如下：

typedef int (*wait_queue_func_t)(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key); 
 
struct __wait_queue { 
    unsigned int flags; 
    void *private; 
    wait_queue_func_t func; 
    struct list_head task_list; 
}; 

下面說(shuō)明一下各個(gè)成員的作用：

flags: 可以設(shè)置為 WQ_FLAG_EXCLUSIVE，表示等待的進(jìn)程應(yīng)該獨(dú)占資源(解決驚群現(xiàn)象)。

private: 一般用于保存等待進(jìn)程的進(jìn)程描述符 task_struct。

func: 喚醒函數(shù)，一般設(shè)置為 default_wake_function() 函數(shù)，當(dāng)然也可以設(shè)置為自定義的喚醒函數(shù)。

task_list: 用于連接其他等待資源的進(jìn)程。

可以通過調(diào)用 init_waitqueue_entry() 函數(shù)來(lái)初始化 wait_queue_t 結(jié)構(gòu)變量，其實(shí)現(xiàn)如下：

static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q, struct task_struct *p) 
{ 
    q->flags = 0; 
    q->private = p; 
    q->func = default_wake_function; 
} 

也可以通過調(diào)用 init_waitqueue_func_entry() 函數(shù)來(lái)初始化為自定義的喚醒函數(shù)：

static inline void init_waitqueue_func_entry(wait_queue_t *q, wait_queue_func_t func) 
{ 
    q->flags = 0; 
    q->private = NULL; 
    q->func = func; 
} 

初始化完 wait_queue_t 結(jié)構(gòu)變量后，可以通過調(diào)用 add_wait_queue() 函數(shù)把等待進(jìn)程添加到等待隊(duì)列，其實(shí)現(xiàn)如下：

void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait) 
{ 
    unsigned long flags; 
 
    wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE; 
    spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); 
    __add_wait_queue(q, wait); 
    spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); 
} 
 
static inline void __add_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new) 
{ 
    list_add(&new->task_list, &head->task_list); 
} 

add_wait_queue() 函數(shù)的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，首先通過調(diào)用 spin_lock_irqsave() 上鎖，然后調(diào)用 list_add() 函數(shù)把節(jié)點(diǎn)添加到等待隊(duì)列即可。

wait_queue_head_t 結(jié)構(gòu)與 wait_queue_t 結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系如下圖：

waitqueue

休眠等待進(jìn)程

當(dāng)把進(jìn)程添加到等待隊(duì)列后，就可以休眠當(dāng)前進(jìn)程，讓出CPU給其他進(jìn)程運(yùn)行，要休眠進(jìn)程可以通過一下方式：

set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); 
schedule(); 

代碼 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) 可以把當(dāng)前進(jìn)程運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置為 可中斷休眠 狀態(tài)，調(diào)用 schedule() 函數(shù)可以使當(dāng)前進(jìn)程讓出CPU，切換到其他進(jìn)程執(zhí)行。

喚醒等待隊(duì)列

當(dāng)資源準(zhǔn)備好后，就可以喚醒等待隊(duì)列中的進(jìn)程，可以通過 wake_up() 函數(shù)來(lái)喚醒等待隊(duì)列中的進(jìn)程。wake_up() 最終會(huì)調(diào)用 __wake_up_common()，其實(shí)現(xiàn)如下：

static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q,  
    unsigned int mode, int nr_exclusive, int sync, void *key) 
{ 
    wait_queue_t *curr, *next; 
 
    list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) { 
        unsigned flags = curr->flags; 
 
        if (curr->func(curr, mode, sync, key) && 
                (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) 
            break; 
    } 
} 

可以看出，喚醒等待隊(duì)列就是變量等待隊(duì)列的等待進(jìn)程，然后調(diào)用喚醒函數(shù)來(lái)喚醒它們。