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linux 工作队列 等待队列

Linux内核中的工作队列(workqueue)和等待队列(wait queue)是两种重要的机制,用于处理异步任务和同步操作。

工作队列(Workqueue)

基础概念

工作队列是一种允许内核代码安排函数在将来某个时间运行的机制。它通常用于推迟执行那些不需要立即完成的操作,或者将任务从中断上下文转移到进程上下文执行。

优势

  • 解耦:将任务的执行与触发分离,提高模块化程度。
  • 灵活性:可以在不同的线程中执行任务,适应不同的调度需求。
  • 效率:避免在中断上下文中执行耗时操作,提高系统响应速度。

类型

  • 默认工作队列:使用内核提供的默认工作队列。
  • 自定义工作队列:创建自己的工作队列,以满足特定需求。

应用场景

  • 中断处理:将中断处理程序中的非关键任务移到工作队列中执行。
  • 定时任务:安排周期性或延迟执行的任务。
  • 资源清理:在设备卸载或模块退出时执行清理操作。

示例代码

代码语言:txt
复制
#include <linux/workqueue.h>

struct my_work_struct {
    struct work_struct work;
    int data;
};

void my_work_handler(struct work_struct *work) {
    struct my_work_struct *my_work = container_of(work, struct my_work_struct, work);
    printk(KERN_INFO "Work handler executed with data: %d\n", my_work->data);
}

int init_module(void) {
    struct my_work_struct *my_work = kmalloc(sizeof(struct my_work_struct), GFP_KERNEL);
    if (!my_work)
        return -ENOMEM;

    INIT_WORK(&my_work->work, my_work_handler);
    my_work->data = 42;

    schedule_work(&my_work->work);

    return 0;
}

void cleanup_module(void) {
    // 清理资源
}

等待队列(Wait Queue)

基础概念

等待队列是一种同步机制,允许进程在某个条件满足之前进入睡眠状态。当条件满足时,其他进程可以唤醒等待队列中的进程。

优势

  • 简单易用:提供了一种直观的方式来处理进程间的同步。
  • 高效:避免了忙等待,节省CPU资源。

类型

  • 单生产者单消费者(SPSC):适用于只有一个生产者和一个消费者的场景。
  • 多生产者多消费者(MPMC):适用于多个生产者和多个消费者的复杂场景。

应用场景

  • 文件系统:等待磁盘操作完成。
  • 设备驱动:等待设备状态变化。
  • 进程间通信:实现信号量、互斥锁等功能。

示例代码

代码语言:txt
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#include <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_wait_queue);

void wait_for_event(void) {
    wait_event_interruptible(my_wait_queue, condition_met());
    // 条件满足后的处理逻辑
}

void set_event(void) {
    wake_up_interruptible(&my_wait_queue);
}

常见问题及解决方法

工作队列常见问题

  1. 任务未执行:确保工作队列已正确初始化并调度任务。
  2. 内存泄漏:及时释放分配给工作队列的内存。

等待队列常见问题

  1. 死锁:确保唤醒操作和等待操作的顺序正确。
  2. 虚假唤醒:在循环中检查条件,避免因虚假唤醒导致的错误行为。

通过合理使用工作队列和等待队列,可以有效提高Linux内核的稳定性和性能。

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