内核微线程以及工作队列

1、API2 Linux2.6bottomhalves M.TimLinux bottom-half API2 Linux2.6bottomhalves M.TimLinux bottom-half 微线程和工作队列，并展示如何利用这些 APIs 来构建可延迟函数。2010 4 11 本文研究多个用于在内核环境当中延迟处理的方法（Linux 当中）Linux 来进行任务调度 。系统会因为一个硬件事件而产生中断（例如出现了一个来自网卡的数据包）栈来继续处理（1）1Top-half bottom-half （在该上下文， 处理器资源更有可能被高效共享）。1所示, top halfbottom half

2、 （top half bottom half 来安排后续的处理过程）bottom-half bottomhalves Linux 2.6.27.14 Linux 一个给定的微线程只运行一个给定的微线程只运行在一个CPU 中（就是用于调用该微线程的那个CPU），同一不会同时运行在多个 CPU 中。 但是不同的微线程可以同时运行在不同的 CPU 中。微线程可由 tasklet_struct 结构体表示（参见 图 2）， 其中包含了用于管理和的必要数据 （状态，通过 atomic_t 来实现允许控制，函数指针，数据，以及链供了软中断功能，具有一组32 个静态定义的bottomhalves。作为静态元

3、素，其定义在 本的 Linux 内核中还引入了微线程（参见 ./include/linux/errupt.h）。微线程的构建基于软中断，用于允许动态生成可延迟函数。最终，在2.5 版本Linux 内核中引入了工作队列（参见 ./include/linux/workqueue.h）。 工作队列允许将任务延回页微线程介软中断最初为具有 32 个软中断条目的矢量， 用来支持一系列的只有 9 个矢量被用于软中断， 其中之一是 TASKLET_SOFTIRQ（参见 ./include/linux/lf 完成少量的任务，然后安排微线程在晚些的 bottom half 中执行。并调度微线/* Declare

4、 a Tasklet (the Bottom-Half) */ voidtasklet_function(unsignedlongdata);DECLARE_TASKLET(le,tasklet_function,tasklet_data/* Schedule the Bottom-Half */ tasklet_schedule( &tasklet_ex2tasklet_struct CPU 内核线程）（API）中支持的各系统（由输入/输出I/O处理过程来驱动）微线DECLARE_TASKLET（ 2）2tasklet_struct CPU 内核线程）（API）中支持的各系统（由输入/输出I

5、/O处理过程来驱动）微线DECLARE_TASKLET（ 2）为tasklet_enable的角度）tasklet_init也存在并利用用户提供的微线程数据来对 tasklet_struct进行初始化。2. enable/disable (name,func,data_DISABLED(name,func,tasklet_init(structtasklet_struct*,void(*func)(unsignedunsignedlongdatatasklet_disable_nosync(structtasklet_struct*); tasklet_disable( struct task

6、let_struct * ); tasklet_enable( struct tasklet_struct * );tasklet_hi_enable(structtasklet_struct*LAPIAPI 和errupt.h 来了解APIAPI 和errupt.h 来了解微线程的实现机制有关微线程的简单例来看一个使用微线程 API 的简单例子（参见（my_tasklet_function和 my_tasklet_data）通过相关数据生成， 然后由DECLARE_TASKLET来 tasklet_kill保证微线 会再运行， 并且，如果按进度该微线程应该运行，kill tasklet_ki

7、ll_immediate只在指定的 CPU 处于 dead 状态时被采用。4. kill voidtasklet_kill(structtasklet_struct*voidtasklet_kill_immediate(structtasklet_struct*,cpudisable disable 有 tasklet_disable 返回（其中 tasklet_disable_nosync 可能在终止发生之前返回）。disable “掩码”（也就是说，并不执行），enable 函数被调用为止。 存在两个 enable 函数： 一个用于正常优先级调度正常优先级调度通过 TASKLET_SOFT

8、IRQ-level 软中断来执行， 高优先级调度则通 过 HI_SOFTIRQ-level 软中断执行。enable 函数（参见 3）。 每个函数利用特殊的软中断矢量来为微线程排队（tasklet_vec用于正常优先级， 而 tasklet_hi_vec用于高优先级）。 来自高3. 微线程调度函void tasklet_schedule( struct tasklet_struct * ); voidtasklet_hi_schedule(structtasklet_struct*);回页工作队列介回页工作队列介2.5 Linux 5. 微线程处于内核模块上下文#include #includ

9、e #include linux/charmy_tasklet_data=my_tasklet_functionwas/*BottomHalfFunctionvoidmy_tasklet_function(unsignedlongdatak(%sn,(char*)data); DECLARE_TASKLET(my_tasklet,(unsignedlong)&my_tasklet_datainit_module(void/* Schedule the Bottom Half */ tasklet_schedule(&my_tasklet);returnvoidcleanup_module(vo

10、id/* Stop the tasklet beforexit*/ tasklet_kill( &my_tasklet );用来进行任务定义的结构体的第一个元素（后面有相关例子）API 提供三个函数来初始化任务（通过一个事先分配的缓存）； 用来进行任务定义的结构体的第一个元素（后面有相关例子）API 提供三个函数来初始化任务（通过一个事先分配的缓存）； 6INIT_WORK提供必需的初始化数据以及处理程序函数的配置（由用户传递进来）。 如果开发 需要在任INIT_DELAYED_WORK 和 INIT_DELAYED_WORK_DEFERRABLE6. （这在微线程模式下无法实现）APIkev

11、entd内核工作线程 events/X 来管理。工作队列提供一个通用的办法将任务延 bottom halves。 处于 的是工作队列（结构体 workqueue_struct）， 任务被安排到该结构体当中。 任务由结构work_struct（图 处理程序（由处理程序函数在结构体 work_struct 中指定）。3. work_struct中 了要采用的处理程序函数， 因此可以利用工作队列来为不同的处理程序进行任务排队。 现在，让 看一下能够用于工作队列的 API 函数。工作队API 比微线程稍复杂，主要是因为它支持很多选项。 首先探讨一下工作队3 top half ，进入 bottom ha

12、lf ，从而延迟它的执行。 工作队列通过宏调用生成 create_workqueue，返回一个 workqueue_struct 参考值。 可以通过调destroy_workqueue来 工作队列（如果需要struct workqueue_struct *create_workqueue( name ); voiddestroy_workqueue(structworkqueue_struct*);直到任务完成为止，可以调用flush_work来实现。指定工作队列中的所有任务能够内核全局工作队列，可调用 flush_scheduled_work。flush_work(structwork_st

13、ruct*work可以使用全局的内核全局工作队列，利用4 个函数来为工作队列定位。这些函数（见清 单 8）模拟 8. 内核全局工作队schedule_work( struct work_struct *work ); cpu,structwork_struct*work);scheduled_delayed_work(structdelayed_work*dwork,unsignedlongdelay); cpu,structdelayed_work*dwork,unsignedlongdelay一操作（ 7）queue_work简单地将任务安排进工作队列（这个 CPU 上运行。 两个附加的函

14、数为延迟任务提供相同的功能（其结构体装入结构7. 工作队列函queue_work( struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work ); queue_delayed_work(structworkqueue_structstructdelayed_work*dwork,unsignedlongdelaycpu,structworkqueue_structstructdelayed_work*dwork,unsignedlongdelayINIT_WORK( work, func ); INIT_DELAYED_WORK( work,

15、func ); INIT_DELAYED_WORK_DEFERRABLE(work,func);API 的 。在 ./kernel/workqueue.c API 的实现API ./include/linux/workqueue.h API 的 。在 ./kernel/workqueue.c API 的实现API ./include/linux/workqueue.h 中定义。 下面 看一个工作队列 API 的简工作队列简下面的例子说明了几个 的工作队列 API bottom half 的任务结构体和处理程序函数（ 9）先您将注意到工作队列结构体参考的定义 （my_wq）以及 my_work_

16、t 的定义。my_work_t类型定义的头部包括结构体 work_struct和一 任务项目的整（回调函数）work_struct指针 my_work_t送出任务项目（来自结构体的整数）之后，任务指针将被 。9. 任务bottom-half 处理程#include #include icstructworkqueue_structtypedefstructstructwork_structwork_pending( work ); delayed_work_pending(work);还没有在处理程序当中执行的任务可以被取消。调用 cancel_work_sync 将会终止队列中的任务或者阻塞

17、任务直到回调结束（如果处理程序已经在处理该任务）迟，可以调用 cancel_delayed_work_sync。cancel_work_sync( struct work_struct *work ); cancel_delayed_work_sync(structdelayed_work*dwork);flush_workqueue(structworkqueue_struct*wq); void flush_scheduled_work( void );10init_modulecreate_workqueueAPI10init_modulecreate_workqueueAPI 用 IN

18、IT_WORK 来初始化每个任务项目，任务定义完成， 接着通过调queue_worktop-half进程（在此处模拟）完成。如同清单 10 中所示，任务有时会晚些被处理程序处理。10. 工作队列和任init_module(voidmy_wq=create_workqueue(my_queue); if (my_wq) /*Queuesomework(item1)work=(my_work_t*)kmalloc(sizeof(my_work_t),GFP_KERNEL); if (work) INIT_WORK(structwork_struct*)work,my_wq_functionwork-x=ret=queue_work(my_wq,(structwork_struct*)work my_work_t*work,icvoidmy_wq_function(structwork_structmy_work_t*my_wo