1. 什么是workqueue

?????? Linux中的Workqueue機制就是為了簡化內核線程的創建。通過調用workqueue的接口就能創建內核線程。并且可以根據當前系統CPU的個數創建線程的數量，使得線程處理的事務能夠并行化。workqueue是內核中實現簡單而有效的機制，他顯然簡化了內核daemon的創建，方便了用戶的編程.

????? 工作隊列（workqueue）是另外一種將工作推后執行的形式.工作隊列可以把工作推后，交由一個內核線程去執行，也就是說，這個下半部分可以在進程上下文中執行。最重要的就是工作隊列允許被重新調度甚至是睡眠。

2. 數據結構
???? 我們把推后執行的任務叫做工作（work），描述它的數據結構為work_struct:

struct?work_struct?{??

????atomic_long_t?data;???????/*工作處理函數func的參數*/??

#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;????????/*連接工作的指針*/??

????work_func_t?func;??????????????/*工作處理函數*/??

#ifdef?CONFIG_LOCKDEP??

????struct?lockdep_map?lockdep_map;??

#endif??

};??

????? 這些工作以隊列結構組織成工作隊列（workqueue），其數據結構為workqueue_struct:

[cpp]?view plain?copy

struct?workqueue_struct?{??

?struct?cpu_workqueue_struct?*cpu_wq;??

?struct?list_head?list;??

?const?char?*name;???/*workqueue?name*/??

?int?singlethread;???/*是不是單線程?-?單線程我們首選第一個CPU?-0表示采用默認的工作者線程event*/??

?int?freezeable;??/*?Freeze?threads?during?suspend?*/??

?int?rt;??

};???

???? 如果是多線程，Linux根據當前系統CPU的個數創建cpu_workqueue_struct 其結構體就是:

[cpp]?view plain?copy

truct?cpu_workqueue_struct?{??

?spinlock_t?lock;/*因為工作者線程需要頻繁的處理連接到其上的工作，所以需要枷鎖保護*/??

?struct?list_head?worklist;??

?wait_queue_head_t?more_work;??

?struct?work_struct?*current_work;?/*當前的work*/??

?struct?workqueue_struct?*wq;???/*所屬的workqueue*/??

?struct?task_struct?*thread;?/*任務的上下文*/??

}?____cacheline_aligned;??

?????? 在該結構主要維護了一個任務隊列，以及內核線程需要睡眠的等待隊列，另外還維護了一個任務上下文，即task_struct。
?????? 三者之間的關系如下：

3. 創建工作
3.1 創建工作queue
a. create_singlethread_workqueue(name)
??????? 該函數的實現機制如下圖所示，函數返回一個類型為struct workqueue_struct的指針變量，該指針變量所指向的內存地址在函數內部調用kzalloc動態生成。所以driver在不再使用該work queue的情況下調用:

??????? void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *wq)來釋放此處的內存地址。

??????? 圖中的cwq是一per-CPU類型的地址空間。對于create_singlethread_workqueue而言，即使是對于多CPU系統，內核也只負責創建一個worker_thread內核進程。該內核進程被創建之后，會先定義一個圖中的wait節點，然后在一循環體中檢查cwq中的worklist，如果該隊列為空，那么就會把wait節點加入到cwq中的more_work中，然后休眠在該等待隊列中。

??????? Driver調用queue_work（struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work）向wq中加入工作節點。work會依次加在cwq->worklist所指向的鏈表中。queue_work向cwq->worklist中加入一個work節點，同時會調用wake_up來喚醒休眠在cwq->more_work上的worker_thread進程。wake_up會先調用wait節點上的autoremove_wake_function函數，然后將wait節點從cwq->more_work中移走。

??????? worker_thread再次被調度，開始處理cwq->worklist中的所有work節點...當所有work節點處理完畢，worker_thread重新將wait節點加入到cwq->more_work，然后再次休眠在該等待隊列中直到Driver調用queue_work...

b. create_workqueue

???????相對于create_singlethread_workqueue, create_workqueue同樣會分配一個wq的工作隊列，但是不同之處在于，對于多CPU系統而言，對每一個CPU，都會為之創建一個per-CPU的cwq結構，對應每一個cwq，都會生成一個新的worker_thread進程。但是當用queue_work向cwq上提交work節點時，是哪個CPU調用該函數，那么便向該CPU對應的cwq上的worklist上增加work節點。

c.小結
?????? 當用戶調用workqueue的初始化接口create_workqueue或者create_singlethread_workqueue對workqueue隊列進行初始化時，內核就開始為用戶分配一個workqueue對象，并且將其鏈到一個全局的workqueue隊列中。然后Linux根據當前CPU的情況，為workqueue對象分配與CPU個數相同的cpu_workqueue_struct對象，每個cpu_workqueue_struct對象都會存在一條任務隊列。緊接著，Linux為每個cpu_workqueue_struct對象分配一個內核thread，即內核daemon去處理每個隊列中的任務。至此，用戶調用初始化接口將workqueue初始化完畢，返回workqueue的指針。

??????? workqueue初始化完畢之后，將任務運行的上下文環境構建起來了，但是具體還沒有可執行的任務，所以，需要定義具體的work_struct對象。然后將work_struct加入到任務隊列中，Linux會喚醒daemon去處理任務。

?????? 上述描述的workqueue內核實現原理可以描述如下：

3.2? 創建工作
?????? 要使用工作隊列，首先要做的是創建一些需要推后完成的工作。可以通過DECLARE_WORK在編譯時靜態地建該結構：
?????? DECLARE_WORK(name,void (*func) (void *), void *data);
????? 這樣就會靜態地創建一個名為name，待執行函數為func，參數為data的work_struct結構。
????? 同樣，也可以在運行時通過指針創建一個工作：
??????INIT_WORK(structwork_struct *work, woid(*func) (void *), void *data);

4. 調度
a. schedule_work

?????? 在大多數情況下, 并不需要自己建立工作隊列，而是只定義工作, 將工作結構掛接到內核預定義的事件工作隊列中調度, 在kernel/workqueue.c中定義了一個靜態全局量的工作隊列static struct workqueue_struct *keventd_wq;默認的工作者線程叫做events/n，這里n是處理器的編號，每個處理器對應一個線程。比如，單處理器的系統只有events/0這樣一個線程。而雙處理器的系統就會多一個events/1線程。
?????? 調度工作結構, 將工作結構添加到全局的事件工作隊列keventd_wq，調用了queue_work通用模塊。對外屏蔽了keventd_wq的接口，用戶無需知道此參數，相當于使用了默認參數。keventd_wq由內核自己維護，創建，銷毀。這樣work馬上就會被調度，一旦其所在的處理器上的工作者線程被喚醒，它就會被執行。

b. schedule_delayed_work(&work,delay);
????? 有時候并不希望工作馬上就被執行，而是希望它經過一段延遲以后再執行。在這種情況下，同時也可以利用timer來進行延時調度，到期后才由默認的定時器回調函數進行工作注冊。延遲delay后，被定時器喚醒，將work添加到工作隊列wq中。

????? 工作隊列是沒有優先級的，基本按照FIFO的方式進行處理。

?5. 示例

[cpp]?view plain?copy

#include???

#include???

#include???

static?struct?workqueue_struct?*queue=NULL;??

static?struct?work_struct???work;??

staticvoid?work_handler(struct?work_struct?*data)??

{??

???????printk(KERN_ALERT"work?handler?function.\n");??

}??

static?int?__init?test_init(void)??

{??

??????queue=create_singlethread_workqueue("hello?world");/*創建一個單線程的工作隊列*/??

??????if?(!queue)??

????????????goto?err;??

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

???????schedule_work(&work);??

??????return0;??

err:??

??????return-1;??

}??

static???void?__exit?test_exit(void)??

{??

???????destroy_workqueue(queue);??

}??

MODULE_LICENSE("GPL");??

module_init(test_init);??

module_exit(test_exit); ?

序號

接口函數

說明

1

create_workqueue

用于創建一個workqueue隊列，為系統中的每個CPU都創建一個內核線程。輸入參數：

@name：workqueue的名稱

2

create_singlethread_workqueue

用于創建workqueue，只創建一個內核線程。輸入參數：

@name：workqueue名稱

3

destroy_workqueue

釋放workqueue隊列。輸入參數：

@ workqueue_struct：需要釋放的workqueue隊列指針

4

schedule_work

調度執行一個具體的任務，執行的任務將會被掛入Linux系統提供的workqueue——keventd_wq輸入參數：

@ work_struct：具體任務對象指針

5

schedule_delayed_work

延遲一定時間去執行一個具體的任務，功能與schedule_work類似，多了一個延遲時間，輸入參數：

@work_struct：具體任務對象指針

@delay：延遲時間

6

queue_work

調度執行一個指定workqueue中的任務。輸入參數：

@ workqueue_struct：指定的workqueue指針

@work_struct：具體任務對象指針

7

queue_delayed_work

延遲調度執行一個指定workqueue中的任務，功能與queue_work類似，輸入參數多了一個delay。

?