通過對Linux等待隊列源碼的深入分析，我們能夠更好地理解其實現(xiàn)原理，并發(fā)現(xiàn)其在系統(tǒng)中的作用與價值
一、等待隊列的數(shù)據(jù)結構 等待隊列基于雙循環(huán)鏈表的數(shù)據(jù)結構，由兩種核心元素構成：等待隊列頭（wait_queue_head_t）和等待隊列項（wait_queue_t）
這兩者通過list_head類型的task_list鏈接在一起，形成了一個雙向鏈表
1.1 wait_queue_head_t 等待隊列頭包含了自旋鎖（spinlock_t lock）和鏈表頭（structlist_head task_list）
自旋鎖用于互斥訪問，保證多線程環(huán)境下對等待隊列的操作是安全的
鏈表頭則用于鏈接所有等待的進程
struct __wait_queue_head { spinlock_t lock; structlist_head task_list; }; typedef struct__wait_queue_headwait_queue_head_t; 可以使用宏DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)來聲明一個等待隊列頭
例如： DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_wait_queue); 1.2 wait_queue_t 等待隊列項包含了標志位（unsigned int flags）、指向等待進程的指針（void private）、喚醒函數(shù)（wait_queue_func_t func）和鏈表元素（struct list_headtask_list）
標志位用于標記等待隊列項的狀態(tài)，喚醒函數(shù)則用于在條件滿足時喚醒進程
struct __wait_queue { unsigned int flags; voidprivate; wait_queue_func_t func; structlist_head task_list; }; typedef struct__wait_queuewait_queue_t; 可以使用宏DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)來聲明一個等待隊列項，并將某個進程（task_struct）關聯(lián)到這個等待隊列項
例如： DECLARE_WAITQUEUE(my_wait_queue_entry, my_task); 二、等待隊列的初始化與操作 在使用等待隊列之前，需要進行初始化操作
初始化可以通過靜態(tài)和動態(tài)兩種方式實現(xiàn)
2.1 靜態(tài)初始化 靜態(tài)初始化是通過宏DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)和DECLARE_WAITQUEUE(name,tsk)實現(xiàn)的
靜態(tài)初始化在編譯時分配內存，并將等待隊列頭和等待隊列項初始化為默認值
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wqh); DECLARE_WAITQUEUE(wq_entry, tsk); 2.2 動態(tài)初始化 動態(tài)初始化則需要手動分配內存，并調用init_waitqueue_head函數(shù)進行初始化
wait_queue_head_t wqh; init_waitqueue_head(&wqh); 將進程添加到等待隊列和從等待隊列中移除進程的操作同樣重要
可以使用add_wait_queue和remove_wait_queue函數(shù)實現(xiàn)這些操作
void add_wait_queue(wait_queue_head_twq_head, wait_queue_t wq_entry); void remove_wait_queue(wait_queue_head_twq_head, wait_queue_t wq_entry); 這兩個函數(shù)分別將等待隊列項添加到等待隊列頭和從等待隊列頭中移除
為了確保線程安全，這兩個函數(shù)都使用了自旋鎖進行保護
三、休眠與喚醒機制 等待隊列的核心功能是支持進程的休眠與喚醒
休眠的進程不再被調度器調度，直到被某個事件喚醒
在Linux內核中，提供了多種宏來實現(xiàn)進程的休眠與喚醒
3.1 休眠 可以使用wait_event宏族來讓進程休眠，直到某個條件滿足
例如： wait_event(wq_head,condition); wait_event_timeout(wq_head, condition,timeout); wait_event_interruptible(wq_head,condition); wait_event_interruptible_timeout(wq_head, condition,timeout); - `wait_event`：使進程進入不可中斷休眠狀態(tài)，直到條件為真
- `wait_event_timeout`：使進程在指定的超時時間內等待條件為真
- `wait_event_interruptible`：使進程進入可中斷休眠狀態(tài)，直到條件為真或被信號打斷
- `wait_event_interruptible_timeout`：使進程在指定的超時時間內等待條件為真，或在被信號打斷時返回
這些宏的核心是調用`___wait_event`函數(shù)，它進行一系列的準備工作，如檢查進程是否有待處理信號、將進程添加到等待隊列等，然后調用`schedule()`函數(shù)使進程進入休眠狀態(tài)
3.2 喚醒 可以使用wake_up宏族來喚醒等待隊列中的進程
例如： wake_up(&wq_head); wake_up_interruptible(&wq_head); wake_up_interruptible_nr(&wq_head,nr); wake_up_interruptible_all(&wq_head); - `wake_up`：喚醒等待隊列中的所有進程
- `wake_up_interruptible`：喚醒等待隊列中處于可中斷休眠狀態(tài)的進程
- `wake_up_interruptible_nr`：喚醒指定數(shù)量的處于可中斷休眠狀態(tài)的進程
- `wake_up_interruptible_all`：喚醒等待隊列中所有處于可中斷休眠狀態(tài)的進程
這些宏的核心是調用`__wake_up`函數(shù)，它通過遍歷等待隊列頭中的鏈表，找到并喚醒符合條件的進程
四、應用場景：按鍵驅動的實現(xiàn) 等待隊列在內核驅動中的應用非常廣泛，下面以按鍵驅動為例，展示如何使用等待隊列實現(xiàn)一個簡單的異步事件通知機制
假設我們有一個按鍵設備，用戶空間的應用程序需要知道按鍵何時被按下
如果按鍵事件是隨機發(fā)生的，應用程序不能通過輪詢的方式讀取設備文件來檢測按鍵事件，因為這樣會導致大量的CPU資源浪費
使用等待隊列，可以在按鍵事件發(fā)生時喚醒應用程序，從而避免不必要的輪詢
以下是一個簡單的按鍵驅動示例代碼：
include
