Android内核wake_up源码分析

内核中通常用法：

内核有个函数 wake_up 和 wake_up_interruptible 通常来说看到这俩函数调用就是唤醒等待队列上的线程。

直到看了epoll的源码，发现并非如此。

    bool wakeup_condition;
    wait_queue_head_t wait_queue;
    init_waitqueue_head(&wait_queue);
    wait_queue_entry_t wq_entry
// wait 
    wait_event_interruptible(&wait_queue, wakeup_condition || kthread_should_stop());
// 唤醒
// 设置等待条件为true，并唤醒
    wakeup_condition = true;
    wake_up(&wait_queue);

wake_up 的源码：

// common/include/linux/wait.h
#define TASK_NORMAL			(TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE)
#define wake_up(x)			        __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)
#define wake_up_interruptible(x)	__wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)
// common/kernel/sched/wait.c
// wake_up 是个宏,展开后调用的是 __wake_up 函数
// __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE, 1, NULL)
int __wake_up(struct wait_queue_head *wq_head, unsigned int mode, int nr_exclusive, void *key)
{
	return __wake_up_common_lock(wq_head, mode, nr_exclusive, 0, key);
}
EXPORT_SYMBOL(__wake_up);
// __wake_up_common_lock(wq_head, TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE, 1, 0, NULL)
static int __wake_up_common_lock(struct wait_queue_head *wq_head, unsigned int mode,
			int nr_exclusive, int wake_flags, void *key)
{
	unsigned long flags;
	wait_queue_entry_t bookmark;
	int remaining = nr_exclusive;
	bookmark.flags = 0;
	bookmark.private = NULL;
	bookmark.func = NULL;
	INIT_LIST_HEAD(&bookmark.entry);//初始化链表: 链表的next和prev指针都指向链表自身地址
	do {
		spin_lock_irqsave(&wq_head->lock, flags);//自旋锁上锁，对队列上锁
		remaining = __wake_up_common(wq_head, mode, remaining, wake_flags, key, &bookmark);
		spin_unlock_irqrestore(&wq_head->lock, flags);//自旋锁解锁
	} while (bookmark.flags & WQ_FLAG_BOOKMARK);
	return nr_exclusive - remaining;//队列为空时,remaining=nr_exclusive ,此时 return 0;
}
// __wake_up_common(wq_head, TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE, 1, 0, NULL, &bookmark);
static int __wake_up_common(struct wait_queue_head *wq_head, unsigned int mode,
			int nr_exclusive, int wake_flags, void *key,
			wait_queue_entry_t *bookmark)
{
	wait_queue_entry_t *curr, *next;
	int cnt = 0;
	lockdep_assert_held(&wq_head->lock);
    // bookmark.flags = 0;  WQ_FLAG_BOOKMARK = 0x04;
	if (bookmark && (bookmark->flags & WQ_FLAG_BOOKMARK)) {//不会进入此分支
		curr = list_next_entry(bookmark, entry);
		list_del(&bookmark->entry);
		bookmark->flags = 0;
	} else
		curr = list_first_entry(&wq_head->head, wait_queue_entry_t, entry);//获取wq_head队列的第一个元素
	if (&curr->entry == &wq_head->head)//队列为空时,直接返回传入的 nr_exclusive
		return nr_exclusive;
	list_for_each_entry_safe_from(curr, next, &wq_head->head, entry) {//遍历链表
		unsigned flags = curr->flags;
		int ret;
		if (flags & WQ_FLAG_BOOKMARK)
			continue;
/*
调用 wait_queue_entry_t 中的回调函数 func
//   这里依据func的类型会出现不同的结果。
使用 init_waitqueue_entry 初始化的 wait_queue_entry_t ，func = default_wake_function，这个函数会唤醒 curr->private 上的线程。
使用 init_waitqueue_func_entry 初始化的 wait_queue_entry_t，仅仅是做普通的函数调用。
*/
		ret = curr->func(curr, mode, wake_flags, key);
		if (ret < 0)
			break;
		if (ret && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive)
			break;
		if (bookmark && (++cnt > WAITQUEUE_WALK_BREAK_CNT) &&
				(&next->entry != &wq_head->head)) {
			bookmark->flags = WQ_FLAG_BOOKMARK;
			list_add_tail(&bookmark->entry, &next->entry);
			break;
		}
	}
	return nr_exclusive;
}

func 赋值过程

wait_queue_head 和 wait_queue_entry 数据结构

//内核4.14以后
// common/include/linux/wait.h
struct wait_queue_head {// wait队列
	spinlock_t		lock;     // 自旋锁
	struct list_head	head; // 添加到 wait 队列时,就是把wait_queue_entry.entry 加入这个 head 链表
};
/*
 * A single wait-queue entry structure:
 */
struct wait_queue_entry {// wait队列的一个项
	unsigned int		flags;
	void			*private;   // 私有数据，在init_waitqueue_entry中代表线程，在init_waitqueue_func_entry中为null
	wait_queue_func_t	func;   // 回调函数
	struct list_head	entry;  // 添加到 wait 队列时,就是把这个 entry 加入到 wait_queue_head.head 的链表
};
typedef struct wait_queue_head wait_queue_head_t;   // wait_queue_head_t  同 wait_queue_head
typedef struct wait_queue_entry wait_queue_entry_t; // wait_queue_entry_t 同 wait_queue_entry

对于 wait_queue_entry 有两种常用的初始化方法 init_waitqueue_entry 和 init_waitqueue_func_entry

两种等待任务 wait_queue_entry：线程 和 函数

// common/include/linux/wait.h
static inline void init_waitqueue_entry(struct wait_queue_entry *wq_entry, struct task_struct *p)
{
	wq_entry->flags		= 0;
	wq_entry->private	= p; // 把需要唤醒的线程存储到 private 数据中
    // func 赋值为 default_wake_function 函数
    // 这个函数的作用是 唤醒等待队列上的线程
	wq_entry->func		= default_wake_function; // 这函数作用是：唤醒线程 p
}
static inline void init_waitqueue_func_entry(struct wait_queue_entry *wq_entry, wait_queue_func_t func)
{
	wq_entry->flags		= 0;
	wq_entry->private	= NULL;
	wq_entry->func		= func; // 直接把传入的回调函数赋值给 wq_entry->func
}

default_wake_function 函数

这个函数的作用基本等效于 wake_up_process 函数。

int default_wake_function(wait_queue_entry_t *curr, unsigned mode, int wake_flags,
			  void *key)
{
	WARN_ON_ONCE(IS_ENABLED(CONFIG_SCHED_DEBUG) && wake_flags & ~WF_SYNC);
    //try_to_wake_up函数通过把进程状态设置为TASK_RUNNING, 并把该进程插入本地CPU运行队列rq来达到唤醒睡眠和停止的进程的目的.
    // curr->private 存储了需要唤醒的线程
	return try_to_wake_up(curr->private, mode, wake_flags);
}
EXPORT_SYMBOL(default_wake_function);

综上：

• wake_up ，可能是唤醒队列上的线程，也可能仅仅是触发一个回调而已

wake_up的两种用法：

    bool wakeup_condition;
    wait_queue_head_t wait_queue;
    init_waitqueue_head(&wait_queue);
    wait_queue_entry_t wq_entry
// wait
第一种用法：线程等待
    wait_event_interruptible(&wait_queue, wakeup_condition || kthread_should_stop());
第二种用法：添加一个回调到等待队列上
    init_waitqueue_func_entry(&wq_entry, callback);
    add_wait_queue(&wait_queue, &wq_entry);
// 唤醒
  设置等待条件为true，并唤醒
    wakeup_condition = true;
// 内部遍历队列，调用每个 wait_queue_entry 的 func 函数，根据func不同为产生不同效果
    wake_up(&wait_queue);