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  • 工作队列(workqueue) create_workqueue/schedule_work/queue_work

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    项目需要，在驱动模块里用内核计时器timer_list实现了一个状态机。
    郁闷的是，运行时总报错“Scheduling while atomic”，网上搜了一下：

    "Scheduling while atomic" indicates that you've tried to sleep somewhere that you shouldn't - like within a spinlock-protected critical section or an interrupt handler.

    改进程序，在计时器里使用了workqueue，搞定问题。顺便把workqueue的实现代码总结了一下


    一、workqueue简介

    workqueue与tasklet类似，都是允许内核代码请求某个函数在将来的时间被调用（抄《ldd3》上的）
    每个workqueue就是一个内核进程。

    workqueue与tasklet的区别：
       1.tasklet是通过软中断实现的，在软中断上下文中运行，tasklet代码必须是原子的
         workqueue是通过内核进程实现的，就没有上述限制的，最爽的是，工作队列函数可以休眠 
             
         PS: 我的驱动模块就是印在计时器中调用了可休眠函数，所以出现了cheduling while atomic告警
             内核计时器也是通过软中断实现的

       2.tasklet始终运行在被初始提交的同一处理器上，workqueue不一定
       3.tasklet不能确定延时时间（即使很短），workqueue可以设定延迟时间


    二、workqueue的API

     
    workqueue的API自2.6.20后发生了变化

    1. #include <linux/workqueue.h>
    2. struct workqueue_struct;
    3. struct work_struct;
    5. struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
    6. void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
    8. INIT_WORK(_work, _func);
    9. INIT_DELAYED_WORK(_work, _func);
    11. int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work);
    12. int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq,struct delayed_work *dwork, unsigned long delay);
    14. int queue_delayed_work_on(int cpu, struct workqueue_struct *wq,
    15.             struct delayed_work *dwork, unsigned long delay);
    17. int cancel_work_sync(struct work_struct *work);
    18. int cancel_delayed_work_sync(struct delayed_work *dwork);
    20. void flush_workqueue(struct workqueue_struct *wq);

    Workqueue编程接口

    序号

    接口函数

    说明

    1

    create_workqueue

    用于创建一个workqueue队列，为系统中的每个CPU都创建一个内核线程。输入参数：

    @name：workqueue的名称

    2

    create_singlethread_workqueue

    用于创建workqueue，只创建一个内核线程。输入参数：

    @name：workqueue名称

    3

    destroy_workqueue

    释放workqueue队列。输入参数：

    @ workqueue_struct：需要释放的workqueue队列指针

    4

    schedule_work

    调度执行一个具体的任务，执行的任务将会被挂入Linux系统提供的workqueue——keventd_wq输入参数：

    @ work_struct：具体任务对象指针

    5

    schedule_delayed_work

    延迟一定时间去执行一个具体的任务，功能与schedule_work类似，多了一个延迟时间，输入参数：

    @work_struct：具体任务对象指针

    @delay：延迟时间

    6

    queue_work

    调度执行一个指定workqueue中的任务。输入参数：

    @ workqueue_struct：指定的workqueue指针

    @work_struct：具体任务对象指针

    7

    queue_delayed_work

    延迟调度执行一个指定workqueue中的任务，功能与queue_work类似，输入参数多了一个delay。



    下面实例是不指定delay时间的workqueue
    (代码基于2.6.24)

    1. struct my_work_stuct{
    2.     int test;
    3.     struct work_stuct save;
    4. };
    6. struct my_work_stuct test_work; 
    7. struct workqueue_struct *test_workqueue;
    9. void do_save(struct work_struct *p_work)
    10. {
    11.     struct my_work_struct *p_test_work = container_of(p_work, struct my_work_stuct, save);
    12.     printk("%d ",p_test_work->test);
    13. }
    14.   
    15. void test_init()
    16. {
    17.     test_workqueue = create_workqueue("test_workqueue");
    18.     if (!test_workqueue)
    19.         panic("Failed to create test_workqueue ");
    21.     INIT_WORK(&(test_work.save), do_save);
    23.     queue_work(test_workqueue, &(test_work.save));
    24. }
    26. void test_destory(void)
    27. {
    28.     if(test_workqueue)
    29.         destroy_workqueue(test_workqueue);
    30. }



    三、workqueue的实现


    工作队列workqueue不是通过软中断实现的，它是通过内核进程实现的



    首先，创建一个workqueue，实际上就是建立一个内核进程

    1. create_workqueue("tap_workqueue")
    2. --> __create_workqueue(“tap_workqueue”, 0, 0)
    3. --> __create_workqueue_key((name), (singlethread), (freezeable), NULL, NULL){
    4.          wq = kzalloc(sizeof(*wq), GFP_KERNEL);
    5.          wq->cpu_wq = alloc_percpu(struct cpu_workqueue_struct);
    6.          wq->name = name;
    7.          wq->singlethread = singlethread;
    8.          wq->freezeable = freezeable;
    9.          INIT_LIST_HEAD(&wq->list);
    11.          for_each_possible_cpu(cpu) {
    12.              cwq = init_cpu_workqueue(wq, cpu);
    13.              err = create_workqueue_thread(cwq, cpu);
    14.              start_workqueue_thread(cwq, cpu);
    15.          }
    16.     }


    create_workqueue_thread 建立了一个内核进程 worker_thread（linux_2_6_24/kernel/workqueue.c）

    1. create_workqueue_thread(struct cpu_workqueue_struct *cwq, int cpu)
    2. {
    3.     struct workqueue_struct *wq = cwq->wq;
    5.     const char *fmt = is_single_threaded(wq) ? "%s" : "%s/%d";
    6.     struct task_struct *p;
    8.     p = kthread_create(worker_thread, cwq, fmt, wq->name, cpu);
    10.     if (IS_ERR(p))
    11.         return PTR_ERR(p);
    13.     cwq->thread = p;
    15.     return 0;
    16. }


    内核进程worker_thread做的事情很简单，死循环而已，不停的执行workqueue上的work_list
    （linux_2_6_24/kernel/workqueue.c）

    1. int worker_thread (void *__cwq)
    2. {
    3.     struct cpu_workqueue_struct *cwq = __cwq;
    4.     /*下面定义等待队列项*/
    5.     DEFINE_WAIT(wait);
    7.     /*下面freezeable一般为0*/
    8.     if (cwq->wq->freezeable)
    9.         set_freezable();
    11.     /*提高优先级别*/
    12.     set_user_nice(current, -5);
    14.     for (;;) {
    15.         /*在cwq->more_work上等待, 若有人调用queue_work,该函数将调用wake_up(&cwq->more_work) 激活本进程*/
    16.         prepare_to_wait(&cwq->more_work, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
    18.         /*work队列空则切换出去*/
    19.         if (!freezing(current) && !kthread_should_stop() && list_empty(&cwq->worklist))
    20.             schedule();
    23.         /*切换回来则结束等待 说明有人唤醒cwq->more_work上的等待 有work需要处理*/
    24.         finish_wait(&cwq->more_work, &wait);
    26.         /*下面空，因为没有定义电源管理*/
    27.         try_to_freeze();
    29.         if (kthread_should_stop())
    30.             break;
    32.         /*run_workqueue依次处理工作队列上所有的work*/
    33.         run_workqueue(cwq);
    34.     }
    35.     return 0;
    36. }
    39. /*run_workqueue依次处理工作队列上所有的work*/
    40. static void run_workqueue(struct cpu_workqueue_struct *cwq)
    41. {
    42.     spin_lock_irq(&cwq->lock);
    43.     cwq->run_depth++;
    44.     if (cwq->run_depth > 3) {
    45.         /* morton gets to eat his hat */
    46.         printk("%s: recursion depth exceeded: %d ",
    47.             __FUNCTION__, cwq->run_depth);
    48.         dump_stack();
    49.     }
    51.     while (!list_empty(&cwq->worklist)) {
    52.         struct work_struct *work = list_entry(cwq->worklist.next,
    53.                         struct work_struct, entry);
    54.         work_func_t f = work->func;
    55. #ifdef CONFIG_LOCKDEP
    56.         /*
    57.          * It is permissible to free the struct work_struct
    58.          * from inside the function that is called from it,
    59.          * this we need to take into account for lockdep too.
    60.          * To avoid bogus "held lock freed" warnings as well
    61.          * as problems when looking into work->lockdep_map,
    62.          * make a copy and use that here.
    63.          */
    64.         struct lockdep_map lockdep_map = work->lockdep_map;
    65. #endif
    67.         cwq->current_work = work;
    68.         list_del_init(cwq->worklist.next);
    69.         spin_unlock_irq(&cwq->lock);
    71.         BUG_ON(get_wq_data(work) != cwq);
    72.         work_clear_pending(work);
    73.         lock_acquire(&cwq->wq->lockdep_map, 0, 0, 0, 2, _THIS_IP_);
    74.         lock_acquire(&lockdep_map, 0, 0, 0, 2, _THIS_IP_);
    76.         f(work); /*执行work项中的func*/
    77.        
    78.         lock_release(&lockdep_map, 1, _THIS_IP_);
    79.         lock_release(&cwq->wq->lockdep_map, 1, _THIS_IP_);
    81.         if (unlikely(in_atomic() || lockdep_depth(current) > 0)) {
    82.             printk(KERN_ERR "BUG: workqueue leaked lock or atomic: "
    83.                     "%s/0x%08x/%d ",
    84.                     current->comm, preempt_count(),
    85.                         task_pid_nr(current));
    86.             printk(KERN_ERR " last function: ");
    87.             print_symbol("%s ", (unsigned long)f);
    88.             debug_show_held_locks(current);
    89.             dump_stack();
    90.         }
    92.         spin_lock_irq(&cwq->lock);
    93.         cwq->current_work = NULL;
    94.     }
    95.     cwq->run_depth--;
    96.     spin_unlock_irq(&cwq->lock);
    97. }



    将一个work加入到指定workqueue的work_list中（文件linux_2_6_24/kernel/workqueue.c）

      int fastcall queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work)
    1. {
    2.     int ret = 0;
    4.     if (!test_and_set_bit(WORK_STRUCT_PENDING, work_data_bits(work))) {
    5.         BUG_ON(!list_empty(&work->entry));
    6.         __queue_work(wq_per_cpu(wq, get_cpu()), work);
    7.         put_cpu();
    8.         ret = 1;
    9.     }
    10.     return ret;
    11. } 
    14. /* Preempt must be disabled. */
    15. static void __queue_work(struct cpu_workqueue_struct *cwq, struct work_struct *work)
    16. {
    17.     unsigned long flags;
    19.     spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
    20.     insert_work(cwq, work, 1);
    21.     spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
    22. }
    24. static void insert_work(struct cpu_workqueue_struct *cwq,
    25.                 struct work_struct *work, int tail)
    26. {
    27.     set_wq_data(work, cwq);
    28.     /*
    29.      * Ensure that we get the right work->data if we see the
    30.      * result of list_add() below, see try_to_grab_pending().
    31.      */
    32.     smp_wmb();
    33.     if (tail)
    34.         list_add_tail(&work->entry, &cwq->worklist);
    35.     else
    36.         list_add(&work->entry, &cwq->worklist);
    37.     wake_up(&cwq->more_work);
    38. }




    四、共享队列

    其实内核有自己的一个workqueue，叫keventd_wq，这个工作队列也叫做“共享队列”。
    do_basic_setup --> init_workqueues --> create_workqueue("events"); 

    若驱动模块使用的workqueue功能很简单的话，可以使用“共享队列”，不用自己再建一个队列
    使用共享队列，有这样一套API

      1. int schedule_work(struct work_struct *work)
      2. {
      3.     queue_work(keventd_wq, work);
      4. }
      6. int schedule_delayed_work(struct delayed_work *dwork,unsigned long delay)
      7. {
      8.     timer_stats_timer_set_start_info(&dwork->timer);
      9.     return queue_delayed_work(keventd_wq, dwork, delay);
      10. }
      12. void flush_scheduled_work(void)
      13. {
      14.     flush_workqueue(keventd_wq);
      15. }

    --

    原文：http://blog.csdn.net/angle_birds/article/details/8448070

     
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