Linux系统中如何实现等待队列？

在Linux内核中使用等待队列的过程很简单，首先定义一个wait_queue_head,然后如果一个task想等待某种事件，那么调用wait_event(等待队列，事件)就可以了。

等待队列应用广泛，但是内核实现却十分简单。其涉及到两个比较重要的数据结构：__wait_queue_head,该结构描述了等待队列的链头，其包含一个链表和一个原子锁，结构定义如下：

struct __wait_queue_head {

spinlock_t lock; /* 保护等待队列的原子锁 */

struct list_head task_list; /* 等待队列 */

};

__wait_queue,该结构是对一个等待任务的抽象。每个等待任务都会抽象成一个wait_queue,并且挂载到wait_queue_head上。该结构定义如下：

struct __wait_queue {

unsigned int flags;

void *private; /* 通常指向当前任务控制块 */

/* 任务唤醒操作方法，该方法在内核中提供，通常为autoremove_wake_function */

wait_queue_func_t func;

struct list_head task_list; /* 挂入wait_queue_head的挂载点 */

};

Linux中等待队列的实现思想如下图所示，当一个任务需要在某个wait_queue_head上睡眠时，将自己的进程控制块信息封装到wait_queue中，然后挂载到wait_queue的链表中，执行调度睡眠。当某些事件发生后，另一个任务(进程)会唤醒wait_queue_head上的某个或者所有任务，唤醒工作也就是将等待队列中的任务设置为可调度的状态，并且从队列中删除。

使用等待队列时首先需要定义一个wait_queue_head,这可以通过DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD宏来完成，这是静态定义的方法。该宏会定义一个wait_queue_head,并且初始化结构中的锁以及等待队列。当然，动态初始化的方法也很简单，初始化一下锁及队列就可以了。

一个任务需要等待某一事件的发生时，通常调用wait_event,该函数会定义一个wait_queue,描述等待任务，并且用当前的进程描述块初始化wait_queue,然后将wait_queue加入到wait_queue_head中。函数实现流程说明如下：

1、用当前的进程描述块(PCB)初始化一个wait_queue描述的等待任务。

2、在等待队列锁资源的保护下，将等待任务加入等待队列。

3、判断等待条件是否满足，如果满足，那么将等待任务从队列中移出，退出函数。

4、 如果条件不满足，那么任务调度，将CPU资源交与其它任务。

5、 当睡眠任务被唤醒之后，需要重复(2)、(3)步骤，如果确认条件满足，退出等待事件函数。

等待队列编程接口

1

wait_event

这是一个宏，让当前任务处于等待事件状态。输入参数如下：

@wq:等待队列

@conditions:等待条件

2

wait_event_timeout

功能与wait_event类似，多了一个超时机制。参数中多了一项超时时间。

3

wait_event_interruptible

这是一个宏，与前两个宏相比，该宏定义的等待能够被消息唤醒。如果被消息唤醒，那么返回- ERESTARTSYS.输入参数如下：

@wq:等待队列

@condition:等待条件

@rt:返回值

4

wait_event_interruptible_timeout

与(3)相比，多了超时机制

5

wake_up

唤醒等待队列中的一个任务

6

wake_up_all

唤醒等待队列中的所有任务 

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