1. 介绍

当编写Linux驱动程序、模块或内核程序时，一些进程会等待或休眠一些事件。Linux中有几种处理睡眠和醒来的方法，每种方法对应不同的需求，而wait queue便是其中一种。

(资料图片仅供参考)

每当进程必须等待一个事件（例如数据的到达或进程的终止）时，它都应该进入睡眠状态。睡眠会导致进程暂停执行，从而释放处理器以供其他用途。一段时间后，该过程将被唤醒，并在我们等待的事件到达时继续其工作。

等待队列是内核提供的一种机制，用于实现等待。顾名思义，wait queue是等待事件的进程列表。换句话说，当某个条件成立时，等待队列用于等待有人叫醒你。它们必须小心使用，以确保没有竞争条件的存在。

实现wait queue的步骤如下：

初始化等待队列

排队（将任务置于睡眠状态，直到事件发生）

唤醒排队的任务

以下逐步介绍每个步骤的实现方式。

2. 初始化等待队列

若使用wait queue功能，需要包含/linux/wait.h头文件。可基于动态和静态两种方式实现等待队列的初始化。

静态方式：

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq);

其中，wq是要将任务置于睡眠状态的队列的名称。

动态方式：

wait_queue_head_twq;init_waitqueue_head(&wq);

除了创建等待队列的方式不同之外，其他操作对于静态和动态方法都是相同的。

3. 排队

一旦声明并初始化了等待队列，进程就可以使用它进入睡眠状态。有几个宏可用于不同的用途。我们将逐一说明。

wait_event

wait_event_timeout

wait_event_cmd

wait_event_interruptible

wait_event_interruptible_timeout

wait_event_killable

每当我们使用上面的宏时，它会将该任务添加到我们创建的等待队列中。然后它会等待事件。

wait_event

进程进入休眠状态(TASK_UNINTERUPTIBLE)，直到条件评估为true。每次唤醒等待队列wq时，都会检查该条件。

/*wq–等待队列*condition-要等待的C表达式的事件*/wait_event(wq,condition);

wait_event_timeout

进程进入休眠状态(TASK_UNINTERUPTIBLE)，直到条件评估为true或超时。每次唤醒等待队列wq时，都会检查该条件。

如果超时后条件评估为false，则返回0；如果超时后情况评估为true，则返回1；如果超时前情况评估为true，则返回剩余的jiffies（至少1）。

/*wq–等待队列*condition-要等待的C表达式的事件*timeout–超时时间，单位jiffies*/wait_event_timeout(wq,condition,timeout);

wait_event_cmd

进程进入休眠状态(TASK_UNINTERUPTIBLE)，直到条件评估为true。每次唤醒等待队列wq时，都会检查该条件。

/*wq–等待队列*condition-要等待的C表达式的事件*cmd1–该命令将在睡眠前执行*cmd2–该命令将在睡眠后执行*/wait_event_cmd(wq,condition,cmd1,cmd2);

wait_event_interruptible

进程进入休眠状态(TASK_INTERRUPTIBLE)，直到条件评估为真或接收到信号。每次唤醒等待队列wq时，都会检查该条件。

如果被信号中断，函数将返回-ERESTARTSYS，如果条件评估为true，则返回0。

/*wq–等待队列*condition-要等待的C表达式的事件*/wait_event_interruptible(wq,condition);

wait_event_interruptible_timeout

进程进入休眠状态(TASK_INTERRUPTIBLE)，直到条件评估为真或接收到信号或超时。每次唤醒等待队列wq时，都会检查该条件。

如果超时后条件评估为false，则返回0；如果超时后情况评估为true，则返回1；如果超时前情况评估为true，则返回剩余的jiffies（至少1）；如果被信号中断，则返回-ERESTARTSYS。

/*wq–等待队列*condition-要等待的C表达式的事件*timeout–超时时间，单位jiffies*/wait_event_interruptible_timeout(wq,condition,timeout);

wait_event_killable

进程进入休眠状态（TASK_KILLABLE），直到条件评估为真或收到信号。每次唤醒等待队列wq时，都会检查该条件。

如果被信号中断，函数将返回-ERESTARTSYS，如果条件评估为true，则返回0。

/*wq–等待队列*condition-要等待的C表达式的事件*/wait_event_killable(wq,condition);

4. 唤醒排队的任务

当一些任务由于等待队列而处于睡眠模式时，我们可以使用下面的函数来唤醒这些任务。

wake_up

wake_up_all

wake_up_interruptible

wake_up_sync and wake_up_interruptible_sync

通常，调用wake_up会立即触发重新调度，这意味着在wake_up返回之前可能会运行其他进程。“同步”变体使任何唤醒的进程都可以运行，但不会重新调度CPU。这用于避免在已知当前进程进入睡眠状态时重新调度，从而强制重新调度。注意，被唤醒的进程可以立即在不同的处理器上运行，因此不应期望这些函数提供互斥

5. 实践

我们在两个地方发送了一个wake_up。一个来自读取功能，另一个来自驱动退出。

首先创建了一个线程（wait_function）。该线程将始终等待该事件。它会一直睡到接到唤醒事件。当它得到wake_up调用时，它将检查条件。如果条件为1，则唤醒来自读取功能。如果是2，则唤醒来自退出功能。如果wake_up来自读取功能，它将打印读取计数，并再次等待。如果它来自exit函数，那么它将从线程中退出。

静态创建wait queue

/***************************************************************************//***filedriver.c**detailsSimplelinuxdriver(WaitqueueStaticmethod)**authorxxx*******************************************************************************/#include#include#include#include#include#include#include#include//kmalloc()#include//copy_to/from_user()#include#include//Requiredforthewaitqueues#includeuint32_tread_count=0;staticstructtask_struct*wait_thread;DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue_etx);dev_tdev=0;staticstructclass*dev_class;staticstructcdevetx_cdev;intwait_queue_flag=0;/***FunctionPrototypes*/staticint__initetx_driver_init(void);staticvoid__exitetx_driver_exit(void);/***************Driverfunctions**********************/staticintetx_open(structinode*inode,structfile*file);staticintetx_release(structinode*inode,structfile*file);staticssize_tetx_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tlen,loff_t*off);staticssize_tetx_write(structfile*filp,constchar*buf,size_tlen,loff_t*off);/***Fileoperationsturcture*/staticstructfile_operationsfops={.owner=THIS_MODULE,.read=etx_read,.write=etx_write,.open=etx_open,.release=etx_release,};/***Threadfunction*/staticintwait_function(void*unused){while(1){pr_info("WaitingForEvent...");wait_event_interruptible(wait_queue_etx,wait_queue_flag!=0);if(wait_queue_flag==2){pr_info("EventCameFromExitFunction");return0;}pr_info("EventCameFromReadFunction-%d",++read_count);wait_queue_flag=0;}do_exit(0);return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenweopentheDevicefile*/staticintetx_open(structinode*inode,structfile*file){pr_info("DeviceFileOpened...!!!");return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenweclosetheDevicefile*/staticintetx_release(structinode*inode,structfile*file){pr_info("DeviceFileClosed...!!!");return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenwereadtheDevicefile*/staticssize_tetx_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tlen,loff_t*off){pr_info("ReadFunction");wait_queue_flag=1;wake_up_interruptible(&wait_queue_etx);return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenwewritetheDevicefile*/staticssize_tetx_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tlen,loff_t*off){pr_info("Writefunction");returnlen;}/***ModuleInitfunction*/staticint__initetx_driver_init(void){/*AllocatingMajornumber*/if((alloc_chrdev_region(&dev,0,1,"etx_Dev"))<0){pr_info("Cannotallocatemajornumber");return-1;}pr_info("Major=%dMinor=%d",MAJOR(dev),MINOR(dev));/*Creatingcdevstructure*/cdev_init(&etx_cdev,&fops);etx_cdev.owner=THIS_MODULE;etx_cdev.ops=&fops;/*Addingcharacterdevicetothesystem*/if((cdev_add(&etx_cdev,dev,1))<0){pr_info("Cannotaddthedevicetothesystem");gotor_class;}/*Creatingstructclass*/if(IS_ERR(dev_class=class_create(THIS_MODULE,"etx_class"))){pr_info("Cannotcreatethestructclass");gotor_class;}/*Creatingdevice*/if(IS_ERR(device_create(dev_class,NULL,dev,NULL,"etx_device"))){pr_info("CannotcreatetheDevice1");gotor_device;}//Createthekernelthreadwithname"mythread"wait_thread=kthread_create(wait_function,NULL,"WaitThread");if(wait_thread){pr_info("ThreadCreatedsuccessfully");wake_up_process(wait_thread);}elsepr_info("Threadcreationfailed");pr_info("DeviceDriverInsert...Done!!!");return0;r_device:class_destroy(dev_class);r_class:unregister_chrdev_region(dev,1);return-1;}/***Moduleexitfunction*/staticvoid__exitetx_driver_exit(void){wait_queue_flag=2;wake_up_interruptible(&wait_queue_etx);device_destroy(dev_class,dev);class_destroy(dev_class);cdev_del(&etx_cdev);unregister_chrdev_region(dev,1);pr_info("DeviceDriverRemove...Done!!!");}module_init(etx_driver_init);module_exit(etx_driver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("xxx");MODULE_DESCRIPTION("Simplelinuxdriver(WaitqueueStaticmethod)");MODULE_VERSION("1.7");

动态创建wait queue

/****************************************************************************//***filedriver.c**detailsSimplelinuxdriver(WaitqueueDynamicmethod)**authorxxx*******************************************************************************/#include#include#include#include#include#include#include#include//kmalloc()#include//copy_to/from_user()#include#include//Requiredforthewaitqueues#includeuint32_tread_count=0;staticstructtask_struct*wait_thread;dev_tdev=0;staticstructclass*dev_class;staticstructcdevetx_cdev;wait_queue_head_twait_queue_etx;intwait_queue_flag=0;/***FunctionPrototypes*/staticint__initetx_driver_init(void);staticvoid__exitetx_driver_exit(void);/***************Driverfunctions**********************/staticintetx_open(structinode*inode,structfile*file);staticintetx_release(structinode*inode,structfile*file);staticssize_tetx_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tlen,loff_t*off);staticssize_tetx_write(structfile*filp,constchar*buf,size_tlen,loff_t*off);/***Fileoperationsturcture*/staticstructfile_operationsfops={.owner=THIS_MODULE,.read=etx_read,.write=etx_write,.open=etx_open,.release=etx_release,};/***Threadfunction*/staticintwait_function(void*unused){while(1){pr_info("WaitingForEvent...");wait_event_interruptible(wait_queue_etx,wait_queue_flag!=0);if(wait_queue_flag==2){pr_info("EventCameFromExitFunction");return0;}pr_info("EventCameFromReadFunction-%d",++read_count);wait_queue_flag=0;}return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenweopentheDevicefile*/staticintetx_open(structinode*inode,structfile*file){pr_info("DeviceFileOpened...!!!");return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenweclosetheDevicefile*/staticintetx_release(structinode*inode,structfile*file){pr_info("DeviceFileClosed...!!!");return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenwereadtheDevicefile*/staticssize_tetx_read(structfile*filp,char__user*buf,size_tlen,loff_t*off){pr_info("ReadFunction");wait_queue_flag=1;wake_up_interruptible(&wait_queue_etx);return0;}/***ThisfunctionwillbecalledwhenwewritetheDevicefile*/staticssize_tetx_write(structfile*filp,constchar__user*buf,size_tlen,loff_t*off){pr_info("Writefunction");returnlen;}/***ModuleInitfunction*/staticint__initetx_driver_init(void){/*AllocatingMajornumber*/if((alloc_chrdev_region(&dev,0,1,"etx_Dev"))<0){pr_info("Cannotallocatemajornumber");return-1;}pr_info("Major=%dMinor=%d",MAJOR(dev),MINOR(dev));/*Creatingcdevstructure*/cdev_init(&etx_cdev,&fops);/*Addingcharacterdevicetothesystem*/if((cdev_add(&etx_cdev,dev,1))<0){pr_info("Cannotaddthedevicetothesystem");gotor_class;}/*Creatingstructclass*/if(IS_ERR(dev_class=class_create(THIS_MODULE,"etx_class"))){pr_info("Cannotcreatethestructclass");gotor_class;}/*Creatingdevice*/if(IS_ERR(device_create(dev_class,NULL,dev,NULL,"etx_device"))){pr_info("CannotcreatetheDevice1");gotor_device;}//Initializewaitqueueinit_waitqueue_head(&wait_queue_etx);//Createthekernelthreadwithname"mythread"wait_thread=kthread_create(wait_function,NULL,"WaitThread");if(wait_thread){pr_info("ThreadCreatedsuccessfully");wake_up_process(wait_thread);}elsepr_info("Threadcreationfailed");pr_info("DeviceDriverInsert...Done!!!");return0;r_device:class_destroy(dev_class);r_class:unregister_chrdev_region(dev,1);return-1;}/***Moduleexitfunction*/staticvoid__exitetx_driver_exit(void){wait_queue_flag=2;wake_up_interruptible(&wait_queue_etx);device_destroy(dev_class,dev);class_destroy(dev_class);cdev_del(&etx_cdev);unregister_chrdev_region(dev,1);pr_info("DeviceDriverRemove...Done!!!");}module_init(etx_driver_init);module_exit(etx_driver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");MODULE_AUTHOR("xxx");MODULE_DESCRIPTION("Simplelinuxdriver(WaitqueueDynamicmethod)");MODULE_VERSION("1.8");

MakeFile

obj-m+=driver.oKDIR=/lib/modules/$(shelluname-r)/buildall:make-C$(KDIR)M=$(shellpwd)modulesclean:make-C$(KDIR)M=$(shellpwd)clean

编译和测试

使用Makefile（sudo make）构建驱动程序

使用sudo insmod driver.ko加载驱动程序

然后检查dmesg

Major=246Minor=0ThreadCreatedsuccessfullyDeviceDriverInsert...Done!!!WaitingForEvent...

因此，该线程正在等待该事件。现在，我们将通过使用sudo cat/dev/etx_device读取驱动程序来发送事件

现在检查dmesg

DeviceFileOpened...!!!ReadFunctionEventCameFromReadFunction-1WaitingForEvent...DeviceFileClosed...!!!

我们从读取功能发送唤醒，因此它将打印读取计数，然后再次休眠。现在通过sudo rmmod驱动程序从退出功能发送事件

EventCameFromExitFunctionDeviceDriverRemove...Done!!!

现在条件是2。因此，它将从线程返回并删除驱动程序。

审核编辑：汤梓红