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;
4. struct workqueue_struct *create_workqueue(const char *name);
5. void destroy_workqueue(struct workqueue_struct *queue);
6. INIT_WORK(_work, _func);
7. INIT_DELAYED_WORK(_work, _func);
8. int queue_work(struct workqueue_struct *wq, struct work_struct *work);
9. int queue_delayed_work(struct workqueue_struct *wq,struct delayed_work *dwork, unsigned long delay);
10. int queue_delayed_work_on(int cpu, struct workqueue_struct *wq,
11. struct delayed_work *dwork, unsigned long delay);
12. int cancel_work_sync(struct work_struct *work);
13. int cancel_delayed_work_sync(struct delayed_work *dwork);
14. 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. };
5. struct my_work_stuct test_work;
6. struct workqueue_struct *test_workqueue;
7. void do_save(struct work_struct *p_work)
8. {
9. struct my_work_struct *p_test_work = container_of(p_work, struct my_work_stuct, save);
10. printk("%d\n",p_test_work->test);
11. }
12. void test_init()
13. {
14. test_workqueue = create_workqueue("test_workqueue");
15. if (!test_workqueue)
16. panic("Failed to create test_workqueue\n");
17. INIT_WORK(&(test_work.save), do_save);
18. queue_work(test_workqueue, &(test_work.save));
19. }
20. void test_destory(void)
21. {
22. if(test_workqueue)
23. destroy_workqueue(test_workqueue);
24. }

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);
10. for_each_possible_cpu(cpu) {
11. cwq = init_cpu_workqueue(wq, cpu);
12. err = create_workqueue_thread(cwq, cpu);
13. start_workqueue_thread(cwq, cpu);
14. }
15. }

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;
4. const char *fmt = is_single_threaded(wq) ? "%s" : "%s/%d";
5. struct task_struct *p;
6. p = kthread_create(worker_thread, cwq, fmt, wq->name, cpu);
7. if (IS_ERR(p))
8. return PTR_ERR(p);
9. cwq->thread = p;
10. return 0;
11. }

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);
6. /*下面freezeable一般为0*/
7. if (cwq->wq->freezeable)
8. set_freezable();
9. /*提高优先级别*/
10. set_user_nice(current, -5);
11. for (;;) {
12. /*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*/
13. prepare_to_wait(&cwq->more_work, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
14. /*work队列空则切换出去*/
15. if (!freezing(current) && !kthread_should_stop() && list_empty(&cwq->worklist))
16. schedule();
17. /*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*/
18. finish_wait(&cwq->more_work, &wait);
19. /*下面空，因为没有定义电源管理*/
20. try_to_freeze();
21. if (kthread_should_stop())
22. break;
23. /*run_workqueue依次处理工作队列上所有的work*/
24. run_workqueue(cwq);
25. }
26. return 0;
27. }
28. /*run_workqueue依次处理工作队列上所有的work*/
29. static void run_workqueue(struct cpu_workqueue_struct *cwq)
30. {
31. spin_lock_irq(&cwq->lock);
32. cwq->run_depth++;
33. if (cwq->run_depth > 3) {
34. /* morton gets to eat his hat */
35. printk("%s: recursion depth exceeded: %d\n",
36. __FUNCTION__, cwq->run_depth);
37. dump_stack();
38. }
39. while (!list_empty(&cwq->worklist)) {
40. struct work_struct *work = list_entry(cwq->worklist.next,
41. struct work_struct, entry);
42. work_func_t f = work->func;
43. #ifdef CONFIG_LOCKDEP
44. /*
45. * It is permissible to free the struct work_struct
46. * from inside the function that is called from it,
47. * this we need to take into account for lockdep too.
48. * To avoid bogus "held lock freed" warnings as well
49. * as problems when looking into work->lockdep_map,
50. * make a copy and use that here.
51. */
52. struct lockdep_map lockdep_map = work->lockdep_map;
53. #endif
54. cwq->current_work = work;
55. list_del_init(cwq->worklist.next);
56. spin_unlock_irq(&cwq->lock);
57. BUG_ON(get_wq_data(work) != cwq);
58. work_clear_pending(work);
59. lock_acquire(&cwq->wq->lockdep_map, 0, 0, 0, 2, _THIS_IP_);
60. lock_acquire(&lockdep_map, 0, 0, 0, 2, _THIS_IP_);
61.  f(work); /*执行work项中的func*/
62. lock_release(&lockdep_map, 1, _THIS_IP_);
63. lock_release(&cwq->wq->lockdep_map, 1, _THIS_IP_);
64. if (unlikely(in_atomic() || lockdep_depth(current) > 0)) {
65. printk(KERN_ERR "BUG: workqueue leaked lock or atomic: "
66. "%s/0x%08x/%d\n",
67. current->comm, preempt_count(),
68. task_pid_nr(current));
69. printk(KERN_ERR " last function: ");
70. print_symbol("%s\n", (unsigned long)f);
71. debug_show_held_locks(current);
72. dump_stack();
73. }
74. spin_lock_irq(&cwq->lock);
75. cwq->current_work = NULL;
76. }
77. cwq->run_depth--;
78. spin_unlock_irq(&cwq->lock);
79. }

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;
3. if (!test_and_set_bit(WORK_STRUCT_PENDING, work_data_bits(work))) {
4. BUG_ON(!list_empty(&work->entry));
5. __queue_work(wq_per_cpu(wq, get_cpu()), work);
6. put_cpu();
7. ret = 1;
8. }
9. return ret;
10. }
11. /* Preempt must be disabled. */
12. static void __queue_work(struct cpu_workqueue_struct *cwq, struct work_struct *work)
13. {
14. unsigned long flags;
15. spin_lock_irqsave(&cwq->lock, flags);
16. insert_work(cwq, work, 1);
17. spin_unlock_irqrestore(&cwq->lock, flags);
18. }
19. static void insert_work(struct cpu_workqueue_struct *cwq,
20. struct work_struct *work, int tail)
21. {
22. set_wq_data(work, cwq);
23. /*
24. * Ensure that we get the right work->data if we see the
25. * result of list_add() below, see try_to_grab_pending().
26. */
27. smp_wmb();
28. if (tail)
29. list_add_tail(&work->entry, &cwq->worklist);
30. else
31. list_add(&work->entry, &cwq->worklist);
32. wake_up(&cwq->more_work);
33. }

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. }
5. int schedule_delayed_work(struct delayed_work *dwork,unsigned long delay)
6. {
7. timer_stats_timer_set_start_info(&dwork->timer);
8. return queue_delayed_work(keventd_wq, dwork, delay);
9. }
10. void flush_scheduled_work(void)
11. {
12. flush_workqueue(keventd_wq);
13. }

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