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外观

在现代软件开发中，我们经常需要同时处理多个任务。为了更高效地管理这些任务，我们需要一种工具来帮助它们有序运行。这时候，"并发管理工作队列"就派上用场了。

一、工作队列的实现 ​

在使用工作队列时，流程通常分为三步：

  1. 先定义一个任务项（work）
  2. 把任务添加到任务队列（workqueue）里
  3. 工作线程（后台线程）会自动执行队列里的任务

当有新任务加入队列时：

  • 工作线程会取出并执行所有待处理的任务
  • 执行完毕后线程会暂停等待
  • 等到有新任务加入队列时，线程再次被唤醒执行

二、什么是并发管理工作队列 ​

传统的工作队列在处理任务时存在明显不足。无论是单核还是多核系统，都存在两个主要问题：一是无法充分发挥多核处理器的性能，二是无法公平处理不同优先级的任务。为了解决这些问题，Con Kolivas 提出了名为"并发管理工作队列"（CMWQ）的解决方案。

形象理解

CMWQ 就像一家繁忙餐厅的点餐系统。所有点餐请求都会放进一个共享的"任务队列"里，多个服务员可以同时从队列里领取任务，独立完成自己的服务工作。

CMWQ 的核心设计就是通过这种"多人同时取任务"的机制，让系统资源得到最佳利用：

  • 充分利用所有服务员的能力（就像多核处理器的每个核心都能被用上）
  • 任务分配更公平（不同优先级的订单可以被合理安排）
  • 整个系统运行效率更高

三、并发管理工作队列接口函数 ​

Linux 内核中的 alloc_workqueue 函数用来创建工作队列：

c
struct workqueue_struct *alloc_workqueue(const char *fmt, unsigned int flags, int max_active);

参数解释：

  • fmt：设置工作队列的名字格式
  • flags：通过标志位控制队列行为，例如 WQ_UNBOUND 表示不绑定 CPU，WQ_HIGHPRI 表示高优先级等
  • max_active：设定队列中同时处理的工作项最大数量

函数会返回指向工作队列结构体的指针，若创建失败则返回 NULL。

四、实验程序 ​

源代码下载

bash
git clone git@gitee.com:yangxuesong314/linux-driver.git
  • 若之前已 git 拉取代码可以忽略
  • 代码位于：linux-driver/04.中断及异常/06.并发管理工作队列实验

实验说明

  • GPIO1_A4 → 1 * 32 + 0 * 8 + 4 = 36

Makefile：

makefile
export ARCH=arm64
export CROSS_COMPILE=/home/book/rk/tspi/prebuilts/gcc/linux-x86/aarch64/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin/aarch64-linux-gnu-
obj-m += interrupt.o
KDIR := /home/book/rk/tspi/kernel
PWD ?= $(shell pwd)
all:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean:
	make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean

驱动代码：

c
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/workqueue.h>

int irq;
struct workqueue_struct *test_workqueue;
struct work_struct test_workqueue_work;

void test_work(struct work_struct *work)
{
    msleep(1000);
  printk("This is test_work\n");
}

irqreturn_t test_interrupt(int irq, void *args)
{
  printk("This is test_interrupt\n");
    queue_work(test_workqueue, &test_workqueue_work);
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int interrupt_irq_init(void)
{
    int ret;
    irq = gpio_to_irq(36);
  printk("irq is %d\n", irq);

    ret = request_irq(irq, test_interrupt, IRQF_TRIGGER_RISING, "test", NULL);
    if (ret < 0) {
    printk("request_irq is error\n");
        return -1;
    }

    // 用于创建和分配一个工作队列
    test_workqueue = alloc_workqueue("test_workqueue", WQ_UNBOUND, 0);
    INIT_WORK(&test_workqueue_work, test_work);

    return 0;
}

static void interrupt_irq_exit(void)
{
    free_irq(irq, NULL);
    cancel_work_sync(&test_workqueue_work);
    flush_workqueue(test_workqueue);
    destroy_workqueue(test_workqueue);
  printk("bye bye\n");
}

module_init(interrupt_irq_init);
module_exit(interrupt_irq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

驱动加载：insmod interrupt.ko

image

拉高 GPIO：

image