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wait_event 类接口详解

1、引言

  在 Linux 内核中,等待某个条件成立是驱动开发与内核线程编程中最常见的场景之一。为了避免不必要的轮询和资源浪费,内核提供了以等待队列(wait_queue_head_t)为基础的一套机制,用于在条件未满足时挂起当前进程,并在条件成立或事件发生后将其唤醒。

其中,wait_event()、wait_event_timeout() 和 wait_event_interruptible() 是最常用的三个宏:

  • wait_event():当前进程将进入不可中断睡眠状态,直到指定条件为真
  • wait_event_timeout():在 wait_event() 的基础上增加了超时机制,即使条件不满足,也会在超时后返回
  • wait_event_interruptible():等待期间允许信号中断(如 SIGINT),进程进入可中断睡眠状态,可提前响应信号退出等待。

  这三者在行为、适用场景以及异常处理上存在细微而关键的差异。下面通过实际代码示例,结合内核调度机制与条件判断时机,深入分析它们的使用方式及常见误区。

2、wait_event

#define __wait_event(wq_head, condition)					\(void)___wait_event(wq_head, condition, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, 0,	\schedule())
/*** wait_event - sleep until a condition gets true* @wq_head: the waitqueue to wait on* @condition: a C expression for the event to wait for** The process is put to sleep (TASK_UNINTERRUPTIBLE) until the* @condition evaluates to true. The @condition is checked each time* the waitqueue @wq_head is woken up.** wake_up() has to be called after changing any variable that could* change the result of the wait condition.*/
#define wait_event(wq_head, condition)	    \
do {										\might_sleep();							\if (condition)						    \break;								\__wait_event(wq_head, condition);	    \
} while (0)

  由上述代码可见,wait_event 函数入口,会先检测 condition 是否为 true,如果为 true 则返回;否则调用 __wait_event 进入睡眠状态。 __wait_event 宏最终调用的是 schedule() 调度器接口让调用者进入睡眠状态。

这其中,最重要的函数是:

/** The below macro ___wait_event() has an explicit shadow of the __ret* variable when used from the wait_event_*() macros.** This is so that both can use the ___wait_cond_timeout() construct* to wrap the condition.** The type inconsistency of the wait_event_*() __ret variable is also* on purpose; we use long where we can return timeout values and int* otherwise.*/#define ___wait_event(wq_head, condition, state, exclusive, ret, cmd)		\
({										\__label__ __out;							\struct wait_queue_entry __wq_entry;					\long __ret = ret;	/* explicit shadow */				\\init_wait_entry(&__wq_entry, exclusive ? WQ_FLAG_EXCLUSIVE : 0);	\for (;;) {								\long __int = prepare_to_wait_event(&wq_head, &__wq_entry, state);\\//条件满足退出循环                if (condition)							\break;							\\						//如果设置了 interruptible,并且有信号打断(__int 不为 0),直接无视 condition,退出等待	if (___wait_is_interruptible(state) && __int) {			\__ret = __int;						\goto __out;						\}								\\cmd;								\}									\finish_wait(&wq_head, &__wq_entry);					\
__out:	__ret;									\
})

  从 TASK_UNINTERRUPTIBLE 标志可以看出,wait_event 接口,默认是不可以被信号打断的。也就是说,一旦 wait_event 接口进入睡眠状态,只有调用 wake_up 接口才能将其唤醒。但是被唤醒后,会再次检查 condition,如果 condition 为 false 的话,会接着进入睡眠状态…

进程状态说明
TASK_RUNNING可运行状态。未必正在使用CPU,也许是在等待调度
TASK_INTERRUPTIBLE可中断的睡眠状态。正在等待某个条件满足
TASK_UNINTERRUPTIBLE不可中断的睡眠状态。不会被信号中断

3、wait_event_interruptible

#define __wait_event_interruptible(wq_head, condition)				\___wait_event(wq_head, condition, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, 0,		\schedule())/*** wait_event_interruptible - sleep until a condition gets true* @wq_head: the waitqueue to wait on* @condition: a C expression for the event to wait for** The process is put to sleep (TASK_INTERRUPTIBLE) until the* @condition evaluates to true or a signal is received.* The @condition is checked each time the waitqueue @wq_head is woken up.** wake_up() has to be called after changing any variable that could* change the result of the wait condition.** The function will return -ERESTARTSYS if it was interrupted by a* signal and 0 if @condition evaluated to true.*/
#define wait_event_interruptible(wq_head, condition)				\
({										\int __ret = 0;								\might_sleep();								\if (!(condition))							\__ret = __wait_event_interruptible(wq_head, condition);		\__ret;									\
})

  该接口和 wait_event 接口唯一的区别,就是可以被信号打断的。从 TASK_INTERRUPTIBLE 标志可以看出。
  wait_event_interruptible 宏最终调用的是 schedule() 调度器接口让调用者进入睡眠状态。

4、wait_event_timeout

#define ___wait_cond_timeout(condition)						\
({										\bool __cond = (condition);						\if (__cond && !__ret)							\__ret = 1;							\__cond || !__ret;							\
})#define __wait_event_timeout(wq_head, condition, timeout)			\___wait_event(wq_head, ___wait_cond_timeout(condition),			\TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, timeout,				\__ret = schedule_timeout(__ret))/**- wait_event_timeout - sleep until a condition gets true or a timeout elapses- @wq_head: the waitqueue to wait on- @condition: a C expression for the event to wait for- @timeout: timeout, in jiffies-  * The process is put to sleep (TASK_UNINTERRUPTIBLE) until the- @condition evaluates to true. The @condition is checked each time- the waitqueue @wq_head is woken up.-  * wake_up() has to be called after changing any variable that could- change the result of the wait condition.-  * Returns:- 0 if the @condition evaluated to %false after the @timeout elapsed,- 1 if the @condition evaluated to %true after the @timeout elapsed,- or the remaining jiffies (at least 1) if the @condition evaluated- to %true before the @timeout elapsed.*/
#define wait_event_timeout(wq_head, condition, timeout)				\
({										\long __ret = timeout;							\might_sleep();								\if (!___wait_cond_timeout(condition))					\__ret = __wait_event_timeout(wq_head, condition, timeout);	\__ret;									\
})

  该接口的实现,相比 wait_event 接口,多了一个 “timeout” 参数。该参数是为了控制不让调用者一直睡眠下去。
  wait_event_timeout 宏最终调用的是 schedule_timeout() 调度器接口让调用者进入睡眠状态。

只有两种情况,调用者会被唤醒:

  • 主动调用 wake_up 接口,唤醒被 wait_event_timeout 接口阻塞的任务
    • wait_event_timeout 返一个正数。表示还没有超时,但 condition 变为真,返回剩余的时间
  • timeout 超时时间达到,被定时器唤醒。不管这时候 condition 是否为真,都不会再继续睡眠
    • wait_event_timeout 返回 0,一直到 timeout 时间超时,condition 都是 false
    • wait_event_timeout 返回 1,到 timeout 时间超时时刻,condition 是 true
http://www.xdnf.cn/news/1597.html

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