一文读懂Linux延时队列工作原理

三叶草

当进程要获取某些资源(例如从网卡读取数据)的时候，但资源并没有准备好(例如网卡还没接收到数据)，这时候内核必须切换到其他进程运行，直到资源准备好再唤醒进程。

当进程要获取某些资源(例如从网卡读取数据)的时候，但资源并没有准备好(例如网卡还没接收到数据)，这时候内核必须切换到其他进程运行，直到资源准备好再唤醒进程。
waitqueue (等待队列) 就是内核用于管理等待资源的进程，当某个进程获取的资源没有准备好的时候，可以通过调用 add_wait_queue() 函数把进程添加到 waitqueue 中，然后切换到其他进程继续执行。当资源准备好，由资源提供方通过调用 wake_up() 函数来唤醒等待的进程。
等待队列初始化
要使用 waitqueue 首先需要声明一个 wait_queue_head_t 结构的变量，wait_queue_head_t 结构定义如下：

struct__wait_queue_head{
spinlock_tlock;
structlist_headtask_list;
};

waitqueue 本质上是一个链表，而 wait_queue_head_t 结构是 waitqueue 的头部，lock 字段用于保护等待队列在多核环境下数据被破坏，而 task_list 字段用于保存等待资源的进程列表。
可以通过调用 init_waitqueue_head() 函数来初始化 wait_queue_head_t 结构，其实现如下：

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

初始化过程很简单，首先调用 spin_lock_init() 来初始化自旋锁 lock，然后调用 INIT_LIST_HEAD() 来初始化进程链表。
向等待队列添加等待进程
要向 waitqueue 添加等待进程，首先要声明一个 wait_queue_t 结构的变量，wait_queue_t 结构定义如下：

typedefint(*wait_queue_func_t)(wait_queue_t*wait,unsignedmode,intsync,void*key);

struct__wait_queue{
unsignedintflags;
void*private;
wait_queue_func_tfunc;
structlist_headtask_list;
};

下面说明一下各个成员的作用：
flags: 可以设置为 WQ_FLAG_EXCLUSIVE，表示等待的进程应该独占资源(解决惊群现象)。
private: 一般用于保存等待进程的进程描述符 task_struct。
func: 唤醒函数，一般设置为 default_wake_function() 函数，当然也可以设置为自定义的唤醒函数。
task_list: 用于连接其他等待资源的进程。
可以通过调用 init_waitqueue_entry() 函数来初始化 wait_queue_t 结构变量，其实现如下：

staticinlinevoidinit_waitqueue_entry(wait_queue_t*q,structtask_struct*p)
{
q->flags=0;
q->private=p;
q->func=default_wake_function;
}

也可以通过调用 init_waitqueue_func_entry() 函数来初始化为自定义的唤醒函数：

staticinlinevoidinit_waitqueue_func_entry(wait_queue_t*q,wait_queue_func_tfunc)
{
q->flags=0;
q->private=NULL;
q->func=func;
}

初始化完 wait_queue_t 结构变量后，可以通过调用 add_wait_queue() 函数把等待进程添加到等待队列，其实现如下：

voidadd_wait_queue(wait_queue_head_t*q,wait_queue_t*wait)
{
unsignedlongflags;

wait->flags&=~WQ_FLAG_EXCLUSIVE;
spin_lock_irqsave(&q->lock,flags);
__add_wait_queue(q,wait);
spin_unlock_irqrestore(&q->lock,flags);
}

staticinlinevoid__add_wait_queue(wait_queue_head_t*head,wait_queue_t*new)
{
list_add(&new->task_list,&head->task_list);
}

add_wait_queue() 函数的实现很简单，首先通过调用 spin_lock_irqsave() 上锁，然后调用 list_add() 函数把节点添加到等待队列即可。
wait_queue_head_t 结构与 wait_queue_t 结构之间的关系如下图：

waitqueue
休眠等待进程
当把进程添加到等待队列后，就可以休眠当前进程，让出CPU给其他进程运行，要休眠进程可以通过一下方式：

set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
schedule();

代码 set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) 可以把当前进程运行状态设置为可中断休眠状态，调用 schedule() 函数可以使当前进程让出CPU，切换到其他进程执行。
唤醒等待队列
当资源准备好后，就可以唤醒等待队列中的进程，可以通过 wake_up() 函数来唤醒等待队列中的进程。wake_up() 最终会调用 __wake_up_common()，其实现如下：

staticvoid__wake_up_common(wait_queue_head_t*q,
unsignedintmode,intnr_exclusive,intsync,void*key)
{
wait_queue_t*curr,*next;

list_for_each_entry_safe(curr,next,&q->task_list,task_list){
unsignedflags=curr->flags;

if(curr->func(curr,mode,sync,key)&&
(flags&WQ_FLAG_EXCLUSIVE)&&!--nr_exclusive)
break;
}
}

可以看出，唤醒等待队列就是变量等待队列的等待进程，然后调用唤醒函数来唤醒它们。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/2W9TNepvJ041KU9LvfLvOg

[Linux] 一文读懂Linux延时队列工作原理

相关帖子

利用Linux防火墙隔离本地欺骗地址的方法详解

一次minerd肉鸡木马的排查思路

Linux中如何排查网络？常见的网络排查指令都有哪些?

迅雷下载资源速度快的简单方法

迅雷云盘提示资源违规无法查看怎么办

串行控制台如何在 Linux 上工作？

在 CentOS 8 中删除旧的 Linux 系统内核

WordPress怎么获取当前页面URL地址

阿里云盘获取refresh_token方法

阿里云服务器CentOS升级命令

三叶草 LV3