Linux内核tasklet机制和工作队列
作者:alloysystem 发布时间:[ 2016/10/28 11:00:02 ] 推荐标签:操作系统 Linux
1. Tasklet机制分析
上面我们介绍了软中断机制,linux内核为什么还要引入tasklet机制呢?主要原因是软中断的pending标志位也32位,一般情况是不随意增加软中断处理的。而且内核也没有提供通用的增加软中断的接口。其次内,软中断处理函数要求可重入,需要考虑到竞争条件比较多,要求比较高的编程技巧。所以内核提供了tasklet这样的一种通用的机制。
其实每次写总结的文章,总是想把细节的东西说明白,所以越写越多。这样做的好处是能真正理解其中的机制。但是,内容太多的一个坏处是难道记忆,所以,在讲清楚讲详细的同时,我还要把精髓总结出来。Tasklet的特点,也是tasklet的精髓是:tasklet不能休眠,同一个tasklet不能在两个CPU上同时运行,但是不同tasklet可能在不同CPU上同时运行,则需要注意共享数据的保护。
主要的数据结构
struct tasklet_struct
{
struct tasklet_struct *next;
unsigned long state;
atomic_t count;
void (*func)(unsigned long);
unsigned long data;
};
如何使用tasklet
使用tasklet比较简单,只需要初始化一个tasklet_struct结构体,然后调用tasklet_schedule,能利用tasklet机制执行初始化的func函数。
void __tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
{
unsigned long flags;local_irq_save(flags);
t->next = NULL;
*__get_cpu_var(tasklet_vec).tail = t;
__get_cpu_var(tasklet_vec).tail = &(t->next);
raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);
local_irq_restore(flags);
}
EXPORT_SYMBOL(__tasklet_schedule);
void __tasklet_hi_schedule(struct tasklet_struct *t)
{
unsigned long flags;
local_irq_save(flags);
t->next = NULL;
*__get_cpu_var(tasklet_hi_vec).tail = t;
__get_cpu_var(tasklet_hi_vec).tail = &(t->next);
raise_softirq_irqoff(HI_SOFTIRQ);
local_irq_restore(flags);
}
EXPORT_SYMBOL(__tasklet_hi_schedule);
Tasklet执行过程
Tasklet_action在软中断TASKLET_SOFTIRQ被调度到后会被执行,它从tasklet_vec链表中把tasklet_struct结构体都取下来,然后逐个执行。如果t->count的值等于0,说明这个tasklet在调度之后,被disable掉了,所以会将tasklet结构体重新放回到tasklet_vec链表,并重新调度TASKLET_SOFTIRQ软中断,在之后enable这个tasklet之后重新再执行它。
static void tasklet_action(struct softirq_action *a)
{
struct tasklet_struct *list;local_irq_disable();
list = __get_cpu_var(tasklet_vec).head;
__get_cpu_var(tasklet_vec).head = NULL;
__get_cpu_var(tasklet_vec).tail = &__get_cpu_var(tasklet_vec).head;
local_irq_enable();
while (list)
{
struct tasklet_struct *t = list;
list = list->next;
if (tasklet_trylock(t))
{
if (!atomic_read(&t->count))
{
if (!test_and_clear_bit(TASKLET_STATE_SCHED, &t->state))
BUG();
t->func(t->data);
tasklet_unlock(t);
continue;
}
tasklet_unlock(t);
}
local_irq_disable();
t->next = NULL;
*__get_cpu_var(tasklet_vec).tail = t;
__get_cpu_var(tasklet_vec).tail = &(t->next);
__raise_softirq_irqoff(TASKLET_SOFTIRQ);
local_irq_enable();
}
}
2. Linux工作队列
前面已经介绍了tasklet机制,有了tasklet机制为什么还要增加工作队列机制呢?我的理解是由于tasklet机制的限制,变形tasklet中的回调函数有很多的限制,比如不能有休眠的操作等等。而是用工作队列机制,需要处理的函数在进程上下文中调用,休眠操作都是允许的。但是工作队列的实时性不如tasklet,采用工作队列的例程可能不能在短时间内被调用执行。
数据结构说明
首先需要说明的是workqueue_struct和cpu_workqueue_struct这两个数据结构,创建一个工作队列首先需要创建workqueue_struct,然后可以在每个CPU上创建一个cpu_workqueue_struct管理结构体。
struct cpu_workqueue_struct
{
spinlock_t lock;
struct list_head worklist;
wait_queue_head_t more_work;
struct work_struct *current_work;
struct workqueue_struct *wq;
struct task_struct *thread;
int run_depth; /* Detect run_workqueue() recursion depth */
} ____cacheline_aligned;
/*
* The externally visible workqueue abstraction is an array of
* per-CPU workqueues:
*/
struct workqueue_struct
{
struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
struct list_head list;
const char *name;
int singlethread;
int freezeable; /* Freeze threads during suspend */
int rt;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
Work_struct表示将要提交的处理的工作。
struct work_struct
{
atomic_long_t data;
#define WORK_STRUCT_PENDING 0 /* T if work item pending execution */
#define WORK_STRUCT_FLAG_MASK (3UL)
#define WORK_STRUCT_WQ_DATA_MASK (~WORK_STRUCT_FLAG_MASK)
struct list_head entry;
work_func_t func;
#ifdef CONFIG_LOCKDEP
struct lockdep_map lockdep_map;
#endif
};
上面三个数据结构的关系如下图所示
介绍主要数据结构的目的并不是想要把工作队列具体的细节说明白,主要的目的是给大家一个总的架构的轮廓。具体的分析在下面展开。从上面的该模块主要数据结构的关系来看,主要需要分析如下几个问题:
1. Workqueque是怎样创建的,包括event/0内核进程的创建
2. Work_queue是如何提交到工作队列的
3. Event/0内核进程如何处理提交到队列上的工作
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