linux中断处理下文： 工作队列分析

1、工作队列（work queue）是另外一种将工作推后执行的形式，它和前面讨论的tasklet有所不同。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。这样，通过工作队列执行的代码能占尽进程上下文的所有优势。最重要的就是工作队列允许被重新调度甚至是睡眠。

那么，什么情况下使用工作队列，什么情况下使用tasklet。如果推后执行的任务需要睡眠，那么就选择工作队列。如果推后执行的任务不需要睡眠，那么就选择tasklet。另外，如果需要用一个可以重新调度的实体来执行你的下半部处理，也应该使用工作队列。它是唯一能在进程上下文运行的下半部实现的机制，也只有它才可以睡眠。这意味着在需要获得大量的内存时、在需要获取信号量时，在需要执行阻塞式的I/O操作时，它都会非常有用。如果不需要用一个内核线程来推后执行工作，那么就考虑使用tasklet。

2、工作、工作队列和工作者线程

如前所述，我们把推后执行的任务叫做工作（work），描述它的数据结构为work_struct，这些工作以队列结构组织成工作队列（workqueue），其数据结构为workqueue_struct，而工作线程就是负责执行工作队列中的工作。系统默认的工作者线程为events,自己也可以创建自己的工作者线程。

表示工作的数据结构

工作用<linux/workqueue.h>中定义的work_struct结构表示：

struct work_struct{

unsigned long pending;

struct list_head entry;

void (*func) (void *);

void *data;

void *wq_data;

struct timer_list timer;

};

这些结构被连接成链表。当一个工作者线程被唤醒时，它会执行它的链表上的所有工作。工作被执行完毕，它就将相应的work_struct对象从链表上移去。当链表上不再有对象的时候，它就会继续休眠。

3、 创建推后的工作

要使用工作队列，首先要做的是创建一些需要推后完成的工作。可以通过DECLARE_WORK在编译时静态地建该结构：

DECLARE_WORK(name, void (*func) (void *), void *data);

这样就会静态地创建一个名为name，待执行函数为func，参数为data的work_struct结构。

同样，也可以在运行时通过指针创建一个工作：

INIT_WORK(struct work_struct *work, woid(*func) (void *), void *data);

这会动态地初始化一个由work指向的工作。

4、工作队列中待执行的函数

工作队列待执行的函数原型是：

void work_handler(void *data)

这个函数会由一个工作者线程执行，因此，函数会运行在进程上下文中。默认情况下，允许响应中断，并且不持有任何锁。如果需要，函数可以睡眠。需要注意的是，尽管该函数运行在进程上下文中，但它不能访问用户空间，因为内核线程在用户空间没有相关的内存映射。通常在系统调用发生时，内核会代表用户空间的进程运行，此时它才能访问用户空间，也只有在此时它才会映射用户空间的内存。

5、 对工作进行调度

现在工作已经被创建，我们可以调度它了。想要把给定工作的待处理函数提交给缺省的events工作线程，只需调用

schedule_work(&work)；

work马上就会被调度，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。在这种情况下，可以调度它在指定的时间执行：

schedule_delayed_work(&work, delay);

这时，&work指向的work_struct直到delay指定的时钟节拍用完以后才会执行。

6 、创建自己的工作队列

使用内核提供的共享列队，列队是保持顺序执行的，做完一个工作才做下一个，如果一个工作内有耗时大的处理如阻塞等待信号或锁，那么后面的工作都不会执行。如果你不喜欢排队或不好意思让别人等太久，那么可以创建自己的工作者线程，所有工作可以加入自己创建的工作列队，列队中的工作运行在创建的工作者线程中。

创建工作列队使用3个宏 成功后返回workqueue_struct *指针，并创建了工作者线程。三个宏主要区别在后面两个参数singlethread和freezeable，singlethread为0时会为每个cpu上创建一个工作者线程，为1时只在当前运行的cpu上创建一个工作者线程。freezeable会影响内核线程结构体thread_info的PF_NOFREEZE标记

if (!cwq->freezeable)

current->flags |= PF_NOFREEZE;

set_user_nice(current, -5);

在线程函数内设置了测试点如下

if (cwq->freezeable)

try_to_freeze();

如果设置了PF_NOFREEZE这个flag,那么系统挂起时候这个进程不会被挂起。

主要函数

#define create_workqueue(name) __create_workqueue((name), 0, 0) //多处理器时会为每个cpu创建一个工作者线程

#define create_freezeable_workqueue(name) __create_workqueue((name), 1, 1) //只创建一个工作者线程,系统挂起是线程也挂起

#define create_singlethread_workqueue(name) __create_workqueue((name), 1, 0) //只创建一个工作者线程,系统挂起是线程线程不挂起

以上三个宏调用__create_workqueue函数定义

extern struct workqueue_struct *__create_workqueue(const char *name,int singlethread, int freezeable);

释放创建的工作列队资源

void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)

延时调用指定工作列队的工作

queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq,struct delay_struct *work, unsigned long delay)

取消指定工作列队的延时工作

cancel_delayed_work(struct delay_struct *work)

将工作加入工作列队进行调度

queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work)

等待列队中的任务全部执行完毕。

void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq);

7、 工作队列的简单应用

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/workqueue.h>

static struct workqueue_struct *queue = NULL;
static struct work_struct work;

static void work_handler(struct work_struct *data)
{
printk(KERN_ALERT "work handler function./n");
}

static int __init test_init(void)
{
queue = create_singlethread_workqueue("helloworld");
if (!queue)
goto err;

INIT_WORK(&work, work_handler);
schedule_work(&work);

return 0;
err:
return -1;
}

static void __exit test_exit(void)
{
destroy_workqueue(queue);
}
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(test_init);
module_exit(test_exit);