Роберт Лав - Разработка ядра Linux

Рабочие потоки, которые выполняются по умолчанию, называются events/ n , где n — номер процессора. Для каждого процессора выполняется один такой поток. Например, в однопроцессорной системе выполняется один поток events/0. Б двухпроцессорной системе добавляется еще один поток— events/1. Рабочие потоки, которые выполняются по умолчанию, обрабатывают отложенные действия, которые приходят из разных мест. Многие драйверы, которые работают в режиме ядра, откладывают обработку своих нижних половин с помощью потоков, работающих по умолчанию. Если для драйвера или подсистемы нет строгой необходимости в создании своего собственного потока ядра, то использование потоков, работающих по умолчанию, более предпочтительно.

Тем не менее ничто не запрещает коду ядра создавать собственные потоки. Это может понадобиться, если в рабочем потоке выполняется большое количество вычислительных операций. Операции, критичные к процессорным ресурсам или к высокой производительности, могут получить преимущества от использования отдельного выделенного потока. Это также уменьшает нагрузку на потоки, работающие по умолчанию, и предотвращает нехватку ресурсов для остальных отложенных действий.

Рабочие потоки представлены с помощью следующей структуры workqueue_struct.

/*

* Внешне видимая абстракция для представления очередей отложенных

действий представляет собой массив очередей для каждого процессора:

*/

struct workqueue_struct {

struct cpu_workqueue_struct cpu_wq[NR_CPUS];

const char* name;

struct list_head list;

};

Эта структура содержит массив структур struct cpu_workqueue_struct, по одному экземпляру на каждый возможный процессор в системе. Так как рабочий поток существует для каждого процессора в системе, то для каждого рабочего потока, работающего на каждом процессоре машины, существует такая структура.

Структура cpu_workqueue_structопределена в файле kernel/workqueue.cи является основной. Эта структура показана ниже.

/*

* Очередь отложенных действий, связанная с процессором:

*/

struct cpu_workqueue_struct {

spinlock_t lock; /* Очередь для защиты данной структуры */

long remove_sequence; /* последний добавленный элемент

(следующий для запуска ) */

long insert_sequence; /* следующий элемент для добавления */

struct list_head worklist; /* список действий */

wait_queue_head_t more_work;

wait_queue_head_t work_done;

struct workqueue_struct *wq; /* соответствующая структура

workqueue_struct */

task_t *thread; /* соответствующий поток */

int run_depth; /* глубина рекурсии функции run_workqueue() */

};

Заметим, что каждый тип рабочих потоков имеет одну, связанную с этим типом структуру workqueue_struct. Внутри этой структуры имеется по одному экземпляру структуры cpu_workqueue_structдля каждого рабочего потока и, следовательно, для каждого процессора в системе, так как существует только один рабочий поток каждого типа на каждом процессоре.

Все рабочие потоки реализованы как обычные потоки пространства ядра, которые выполняют функцию worker_thread(). После начальной инициализации эта функция входит в бесконечный цикл и переходит в состояние ожидания. Когда какие-либо действия ставятся в очередь, поток возвращается к выполнению и выполняет эти действия. Когда в очереди не остается работы, которую нужно выполнять, поток снова возвращается в состояние ожидания. Каждое действие представлено с помощью структуры work_struct, определенной в файле . Эта структура показана ниже.

struct work_struct {

unsigned long pending; /* ожидает ли это действие на выполнение? */

struct list_head entry; /* связанный список всех действий */

void (*func)(void*) ; /* функция-обработчик */

void *data; /* аргумент функции-обработчика */

void *wq_data; /* для внутреннего использования */

struct timer_list timer; /* таймер, который используется для

очередей отложенных действий с задержками */

};

Эти структуры объединены в связанный список, по одному списку на каждый тип очереди для каждого процессора. Например, для каждого процессора существует список отложенных действий, которые выполняются потоками, работающими по умолчанию. Когда рабочий поток возвращается к выполнению, он начинает выполнять все действия, которые находятся в его списке. После завершения работы рабочий поток удаляет соответствующие структуры work_structиз списка. Когда список становится пустым, поток переходит в состояние ожидания.

Давайте рассмотрим упрощенную основную часть функции worker_thread().

for (;;) {

set_task_state(current, TASK_INTERRUPTIBLE);

add_wait_queue(&cwq->more_work, &wait);

if (list_empty(&cwq->worklist))

schedule();

else

set_task_state(current, TASK_RUNNING);

remove_wait_queue(&cwq->more_work, &wait);

if (!list_empty(&cwq->worklist))

run_workqueue(cwq);

}

Эта функция выполняет следующие действия в бесконечном цикле.

• Поток переводит себя в состояние ожидания (флаг состояния устанавливается в значение TASK_INTERRUPTIBLE), и текущий поток добавляется в очередь ожидания.

• Если связанный список действий пуст, то поток вызывает функцию schedule()и переходит в состояние ожидания.

• Если список не пуст, то поток не переходит в состояние ожидания. Вместо этого он устанавливает свое состояние в значение TASK_RUNNINGи удаляет себя из очереди ожидания.

• Если список не пустой, то вызывается функция run_workqueue()для выполнения отложенных действий.

Функция run_workqueue()в свою очередь выполняет сами отложенные действия, как показано ниже.

while (!list_empty(&cwq->worklist)) {

struct work_struct *work;

void (*f)(void*);

void *data;

work = list_entry(cwq->worklist.next, struct work_struct, entry);

f = work->func;

data = work->data;

list_del_init(cwq->worklist.next);

clear_bit(0, &work->pending);

f(data);

}

Эта функция просматривает в цикле все элементы списка отложенных действий и выполняет для каждого элемента функцию, на которую указывает поле funcсоответствующей структуры workqueue_struct. Последовательность действий следующая.

• Если список не пустой, получить следующий элемент списка.

• Получить указатель на функцию (поле func), которую необходимо вызвать, и аргумент этой функции (поле data).

• Удалить полученный элемент из списка и обнулить бит ожидания в структуре элемента.

• Вызвать полученную функцию.

• Повторить указанные действия.

Взаимоотношения между различными, рассмотренными в этом разделе структурами достаточно запутанные. На рис. 7.1 показана диаграмма, которая эти взаимоотношения поясняет.