linux 等待队列使用

一、基础概念

1. 定义
   • 在Linux内核中，等待队列是一种用于管理进程等待特定事件发生的机制。当一个进程需要等待某个条件（如I/O操作完成、资源可用等）时，它会被放入相应的等待队列中进入睡眠状态，直到该事件发生并被内核唤醒。

• 数据结构
  • 等待队列本质上是一个链表结构。每个等待队列都有一个头指针（wait_queue_head_t类型），它指向链表的头部。而等待的进程描述符（task_struct）中包含指向等待队列项（wait_queue_t）的指针，这些等待队列项连接成链表。

二、优势

1. 资源高效利用
   • 避免进程空转消耗CPU资源。当进程等待某个事件时进入睡眠状态，在等待期间不会占用CPU时间片，使得CPU可以处理其他任务。

• 事件通知机制
  • 方便内核向等待特定事件的进程发送通知。一旦事件发生，内核可以快速定位到相关的等待队列并唤醒相应的进程。
• 可扩展性
  • 可以方便地添加、删除等待队列项，并且能够适应不同类型的事件等待需求。

三、类型

1. 单向等待队列
   • 进程只能按照单一方向（如按照进入队列的顺序）被唤醒。

• 双向等待队列
  • 支持进程从队列的两端被唤醒，在某些复杂场景下更灵活。

四、应用场景

1. I/O操作等待
   • 当进程进行磁盘I/O或者网络I/O时，如果数据没有及时到达，进程会被放入等待队列，直到I/O操作完成。
   • 示例代码（伪代码）：
   • 示例代码（伪代码）：

• 资源获取等待
  • 例如，当多个进程竞争有限的系统资源（如内存、锁等）时，未获取到资源的进程会进入等待队列，直到资源被释放。

五、可能遇到的问题及解决方法

1. 进程无法被唤醒
   • 原因
     • 可能是唤醒条件没有正确设置。例如在wake_up操作之前，没有正确地将等待条件设置为真。
     • 存在竞争条件，在检查条件和进入等待队列之间有其他进程修改了相关状态。
   • 解决方法
     • 仔细检查代码中关于条件设置和检查的逻辑。确保在合适的时机正确设置唤醒条件。
     • 使用适当的同步机制（如自旋锁等）来避免竞争条件。

• 虚假唤醒
  • 原因
    • 在某些情况下，进程可能会在没有实际事件发生时被唤醒。这可能是由于内核内部的调度或者其他并发操作导致的。
  • 解决方法
    • 在进程被唤醒后，重新检查等待条件。如果条件仍然不满足，则继续进入等待状态。例如在wait_event宏内部实际上已经处理了这种情况，它会不断循环检查条件直到满足为止。