Linux下的wake_up|极客笔记

Linux下的wake_up

1. 概述

在多线程编程中，有时候我们需要对一个或多个线程发出唤醒信号，以便让其继续执行。在Linux操作系统中，提供了wake_up函数来实现这一功能。本文将详细介绍wake_up函数的用法、原理以及一些示例代码。

2. `wake_up`函数的定义

在Linux内核中，wake_up函数被定义在头文件<linux/sched.h>中。其原型如下：

void wake_up(wait_queue_head_t *q);

参数q是一个指向等待队列头部（wait_queue_head_t）的指针。等待队列头部维护了一个等待队列，其中包含一组等待队列节点。每个节点表示一个等待者，它包含了等待者的处理函数以及其他相关信息。

3. `wake_up`函数的用法

wake_up函数用于唤醒一个或多个等待者，让其继续执行。具体而言，它将会遍历等待队列中的每个节点，并发送唤醒信号给等待者。

要使用wake_up函数，我们需要进行以下几个步骤：

3.1 初始化等待队列头部

在使用wake_up函数之前，我们需要先初始化一个等待队列头部。这可以通过调用init_waitqueue_head函数来实现：

wait_queue_head_t wq_head;
init_waitqueue_head(&wq_head);

3.2 添加等待者节点

接下来，我们可以通过调用wait_queue_entry_t结构体的构造函数来创建一个等待者节点，并将其添加到等待队列中。例如，我们可以创建一个等待者节点wq_node，并添加到wq_head等待队列中：

wait_queue_entry_t wq_node;
init_waitqueue_entry(&wq_node, current);
add_wait_queue(&wq_head, &wq_node);

其中，参数current表示当前线程的任务结构体。

3.3 唤醒等待者

最后，我们可以调用wake_up函数来唤醒等待队列中的所有等待者：

wake_up(&wq_head);

该函数将遍历等待队列中的每个等待者节点，并发送信号给它们，使其继续执行。

4. `wake_up`函数的原理

wake_up函数的实现原理主要包括两个方面：管理等待队列和发送信号。

首先，wake_up函数会遍历等待队列中的每个等待者节点。对于每个节点，它会检查等待者的状态以确定是否需要唤醒。如果等待者处于等待状态，则会从等待队列中移除该节点，并将其添加到活动队列中。这样，被唤醒的等待者将有机会被调度执行。

其次，wake_up函数会向唤醒的等待者发送信号。这是通过调用内核中的__wake_up_common函数来实现的。该函数会检查等待者的处理函数，并根据处理函数设置的信号类型发送信号。在唤醒过程中，等待者可能会被添加到活动队列中，然后通过调度器进行再次调度。

5. 示例代码

下面我们通过一个简单的示例代码来展示wake_up函数的使用：

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/kthread.h>

wait_queue_head_t wq_head;

int my_thread(void *data) {
    wait_event(wq_head, condition); // 等待条件满足
    printk("Condition is satisfied!\n");
    return 0;
}

int init_module(void) {
    int ret;
    struct task_struct *thread;

    // 初始化等待队列头部
    init_waitqueue_head(&wq_head);

    // 创建线程并添加到等待队列中
    thread = kthread_create(my_thread, NULL, "my_thread");
    wake_up_process(thread);

    // 模拟条件满足，唤醒等待者
    condition = true;
    wake_up(&wq_head);

    // 等待线程退出
    ret = kthread_stop(thread);
    if (ret == -EINTR)
        printk("Thread was interrupted!\n");

    return 0;
}

void cleanup_module(void) {
    // 清理模块
}

在这个示例中，我们创建了一个线程（my_thread）并将其添加到等待队列中。然后，该线程将等待condition条件满足后才会被唤醒。我们通过调用wake_up函数来模拟条件满足，从而使线程被唤醒并输出字符串”Condition is satisfied!”。

请注意，示例代码中的condition变量需要根据实际情况进行定义和设置。