等待队列（waitqueue）
声明：本文以网上不知名作者为基础加以修改，在此先谢一声！红色部分为我写程序的时候用到的函数。
一、定义：
/include/linux/wait.h
| struct __wait_queue_head { spinlock_t lock; struct list_head task_list; }; typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t; |
二、作用：
在内核里面，等待队列是有很多用处的，尤其是在中断处理、进程同步、定时等场合 。可以使用等待队列在实现阻塞进程的唤醒。它以队列为基础数据结构，与进程调度机制紧密结合，能够用于实现内核中的 异步事件通知机制 ，同步对系统资源的访问等。
三、字段详解：
1 、 spinlock_t lock;
在对 task_list 与操作的过程中，使用该锁实现对等待队列的互斥访问。
2 、 srtuct list_head_t task_list;
双向循环链表，存放等待的进程。
三、操作：
1 、定义并初始化：
(1)
wait_queue_head_t my_queue;
init_waitqueue_head(&my_queue);
直接定义并初始化。 init_waitqueue_head() 函数会将自旋锁初始化为未锁，等待队列初始化为空的双向循环链表。
(2)
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_queue);
定义并初始化，相当于 (1) 。
(3) 定义等待队列：
DECLARE_WAITQUEUE(name,tsk);
注意此处是定义一个 wait_queue_t 类型的变量 name ，并将其 private 与设置为 tsk 。 wait_queue_t 类型定义如下：
| struct __wait_queue { unsigned int flags; #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 void *private; wait_queue_func_t func; struct list_head task_list; }; |
其中 flags 域指明该等待的进程是互斥进程还是非互斥进程。其中 0 是非互斥进程， WQ_FLAG_EXCLUSIVE(0x01) 是互斥进程。等待队列 (wait_queue_t) 和等待对列头 (wait_queue_head_t) 的区别是等待队列是等待队列头的成员。也就是说等待队列头的 task_list 域链接的成员就是等待队列类型的 (wait_queue_t) 。
2 、 ( 从等待队列头中 ) 添加／移出等待队列：
(1)add_wait_queue() 函数：
| void fastcall add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait) { unsigned long flags;
wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __add_wait_queue(q, wait); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } |
设置等待的进程为非互斥进程，并将其添加进等待队列头 (q) 的队头中。
| void fastcall add_wait_queue_exclusive(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait) { unsigned long flags;
wait->flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __add_wait_queue_tail(q, wait); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } |
该函数也和 add_wait_queue() 函数功能基本一样，只不过它是将等待的进程 (wait) 设置为互斥进程。
(2)remove_wait_queue() 函数：
| void fastcall remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait) { unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __remove_wait_queue(q, wait); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } |
在等待的资源或事件满足时，进程被唤醒，使用该函数被从等待头中删除。
3 、等待事件：
(1)wait_event() 宏：
| #define wait_event(wq, condition) / do { / if (condition) / break; / __wait_event(wq, condition); / } while (0)
#define __wait_event_timeout(wq, condition, ret) / do { / DEFINE_WAIT(__wait); / / for (;;) { / prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); / if (condition) / break; / ret = schedule_timeout(ret); / if (!ret) / break; / } / finish_wait(&wq, &__wait); / } while (0) |
在等待会列中睡眠直到 condition 为真。在等待的期间，进程会被置为 TASK_UNINTERRUPTIBLE 进入睡眠，直到 condition 变量变为真。每次进程被唤醒的时候都会检查 condition 的值 .
(2)wait_event_interruptible() 函数 :
和 wait_event() 的区别是调用该宏在等待的过程中当前进程会被设置为 TASK_INTERRUPTIBLE 状态 . 在每次被唤醒的时候 , 首先检查 condition 是否为真 , 如果为真则返回 , 否则检查如果进程是被信号唤醒 , 会返回 -ERESTARTSYS 错误码 . 如果是 condition 为真 , 则返回 0.
(3)wait_event_timeout() 宏 :
也与 wait_event() 类似 . 不过如果所给的睡眠时间为负数则立即返回 . 如果在睡眠期间被唤醒 , 且 condition 为真则返回剩余的睡眠时间 , 否则继续睡眠直到到达或超过给定的睡眠时间 , 然后返回 0.
(4)wait_event_interruptible_timeout() 宏 :
与 wait_event_timeout() 类似 , 不过如果在睡眠期间被信号打断则返回 ERESTARTSYS 错误码 .
(5) wait_event_interruptible_exclusive() 宏
同样和 wait_event_interruptible() 一样 , 不过该睡眠的进程是一个互斥进程 .
5 、唤醒队列 :
(1)出 wake_up() 函数 :
| #define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
void fastcall __wake_up(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, void *key) { unsigned long flags;
spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __wake_up_common(q, mode, nr_exclusive, 0, key); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, int sync, void *key) { struct list_head *tmp, *next;
list_for_each_safe(tmp, next, &q->task_list) { wait_queue_t *curr = list_entry(tmp, wait_queue_t, task_list); unsigned flags = curr->flags;
if (curr->func(curr, mode, sync, key) && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) break; } } |
唤醒等待队列 . 可唤醒处于 TASK_INTERRUPTIBLE 和 TASK_UNINTERUPTIBLE 状态的进程 , 和 wait_event/wait_event_timeout 成对使用 .
(2)wake_up_interruptible() 函数 :
| #define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL) |
和 wake_up() 唯一的区别是它只能唤醒 TASK_INTERRUPTIBLE 状态的进程 ., 与 wait_event_interruptible/wait_event_interruptible_timeout/ wait_event_interruptible_exclusive 成对使用 .
(3)
| #define wake_up_all(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL) #define wake_up_interruptible_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL) #define wake_up_interruptible_all(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL) |
这些也基本都和 wake_up/wake_up_interruptible 一样 .
6 、在等待队列上睡眠：
(1)sleep_on() 函数:
void __sched sleep_on(wait_queue_head_t *q) { |
该函数的作用是定义一个等待队列 (wait) ，并将当前进程添加到等待队列中 (wait) ，然后将当前进程的状态置为 TASK_UNINTERRUPTIBLE ，并将等待队列 (wait) 添加到等待队列头 (q) 中。之后就被挂起直到资源可以获取，才被从等待队列头 (q) 中唤醒，从等待队列头中移出。在被挂起等待资源期间，该进程不能被信号唤醒。
(2)sleep_on_timeout() 函数：
long __sched sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q, long timeout) |
与 sleep_on() 函数的区别在于调用该函数时，如果在指定的时间内 (timeout) 没有获得等待的资源就会返回。实际上是调用 schedule_timeout() 函数实现的。值得注意的是如果所给的睡眠时间 (timeout) 小于 0 ，则不会睡眠。该函数返回的是真正的睡眠时间。
(3)interruptible_sleep_on() 函数：
| void __sched interruptible_sleep_on(wait_queue_head_t *q) { unsigned long flags; wait_queue_t wait;
init_waitqueue_entry(&wait, current);
current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
sleep_on_head(q, &wait, &flags); schedule(); sleep_on_tail(q, &wait, &flags); } |
该函数和 sleep_on() 函数唯一的区别是将当前进程的状态置为 TASK_INTERRUPTINLE ，这意味在睡眠如果该进程收到信号则会被唤醒。
(4)interruptible_sleep_on_timeout() 函数：
| long __sched interruptible_sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q, long timeout) { unsigned long flags; wait_queue_t wait;
init_waitqueue_entry(&wait, current);
current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;
sleep_on_head(q, &wait, &flags); timeout = schedule_timeout(timeout); sleep_on_tail(q, &wait, &flags);
return timeout; } |
类似于 sleep_on_timeout() 函数。进程在睡眠中可能在等待的时间没有到达就被信号打断而被唤醒，也可能是等待的时间到达而被唤醒。
以上四个函数都是让进程在等待队列上睡眠，不过是小有诧异而已。在实际用的过程中，根据需要选择合适的函数使用就是了。例如在对软驱数据的读写中，如果设备没有就绪则调用 sleep_on() 函数睡眠直到数据可读 ( 可写 ) ，在打开串口的时候，如果串口端口处于关闭状态则调用 interruptible_sleep_on() 函数尝试等待其打开。在声卡驱动中，读取声音数据时，如果没有数据可读，就会等待足够常的时间直到可读取。