深入理解Linux内核API:prepare_to_wait函数

prepare_to_wait 函数概述

prepare_to_wait 函数用于将指定的等待队列元素添加到指定的等待队列中，并更改当前进程的状态。该函数确保等待队列元素满足特定条件，例如等待队列元素是一个独立的节点，且其 task_list 字段的 next 值指向其自身。此外，函数会根据提供的状态参数更改当前进程的状态。

文件包含

#include

函数定义

prepare_to_wait 函数在 Linux 内核源码中的位置为 linux-3.19.3/kernel/sched/wait.c，其定义如下：

void prepare_to_wait(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait, int state)

输入参数

• q: 类型为 wait_queue_head_t * 的指针，表示等待队列的头指针。
• wait: 类型为 wait_queue_t * 的指针，表示等待队列中的一个元素。
• state: 类型为 int 的变量，表示要设置的进程状态。

返回值

prepare_to_wait 函数的返回值类型为 void，即不返回任何值。

实例解析

下面通过一个示例来演示如何使用 prepare_to_wait 函数。

测试文件：prepare_to_wait.c

#include
#include
#include
#include
MODULE_LICENSE("GPL");

子进程处理函数定义：

int my_function(void * argc)
{
printk(KERN_INFO "In the kernel thread function!\n");
printk(KERN_INFO "The current PID is: %d\n", current->pid);
printk(KERN_INFO "Out of the kernel thread function\n");
return 0;
}

模块加载函数定义：

static int __init prepare_to_wait_init(void)
{
struct task_struct *result, *result1;
int wait_queue_num = 0;
wait_queue_head_t head;
wait_queue_t data, data1, *curr, *next;
printk(KERN_INFO "Into prepare_to_wait_init.\n");

result = kthread_create_on_node(my_function, NULL, -1, "prepare_to_wait");
result1 = kthread_create_on_node(my_function, NULL, -1, "prepare_to_wait1");
wake_up_process(result);
wake_up_process(result1);

init_waitqueue_head(&head);
init_waitqueue_entry(&data, result);
data.task_list.next = &data.task_list;
printk(KERN_INFO "The state of the current thread is: %ld\n", current->state);

prepare_to_wait(&head, &data, TASK_KILLABLE);
printk(KERN_INFO "The state of the current thread is: %ld\n", current->state);

init_waitqueue_entry(&data1, result1);
prepare_to_wait(&head, &data1, TASK_INTERRUPTIBLE);
printk(KERN_INFO "The state of the current thread is: %ld\n", current->state);

list_for_each_entry_safe(curr, next, &head.task_list, task_list)
{
wait_queue_num++;
printk(KERN_INFO "The flag value of the current data of the waitqueue is: %d\n", curr->flags);
printk(KERN_INFO "The PID value of the current data of the waitqueue is: %d\n", ((struct task_struct *)curr->private)->pid);
}

printk(KERN_INFO "The number of elements in the wait queue is: %d\n", wait_queue_num);

data1.task_list.next = &data1.task_list;
prepare_to_wait(&head, &data1, TASK_INTERRUPTIBLE);
wait_queue_num = 0;

list_for_each_entry_safe(curr, next, &head.task_list, task_list)
{
wait_queue_num++;
printk(KERN_INFO "The flag value of the current data of the waitqueue is: %d\n", curr->flags);
printk(KERN_INFO "The PID value of the current data of the waitqueue is: %d\n", ((struct task_struct *)curr->private)->pid);
}

printk(KERN_INFO "The number of elements in the wait queue is: %d\n", wait_queue_num);

printk(KERN_INFO "The PID of the new thread is: %d\n", result->pid);
printk(KERN_INFO "The PID of the new thread1 is: %d\n", result1->pid);
printk(KERN_INFO "The current PID is: %d\n", current->pid);
printk(KERN_INFO "Out of prepare_to_wait_init.\n");

return 0;
}

模块退出函数定义：

static void __exit prepare_to_wait_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "Goodbye prepare_to_wait\n");
}

模块加载和退出函数调用：

module_init(prepare_to_wait_init);
module_exit(prepare_to_wait_exit);

实例运行结果及分析：

首先编译模块并执行命令 insmod prepare_to_wait.ko 插入内核模块，然后输入命令 dmesg -c 查看模块插入结果。结果显示，prepare_to_wait 函数成功将进程插入到等待队列中，并更改了当前进程的状态。

在函数执行前，当前进程的状态为 TASK_RUNNING（值为0），执行后状态更改为 TASK_KILLABLE（值为130）。这表明 prepare_to_wait 函数能够根据传入的状态参数更改当前进程的状态。

输出结果还显示，只有满足条件的等待队列元素才能被成功插入到等待队列中。例如，第一次插入时，由于进程9955的 next 字段未初始化，因此未能插入等待队列。在对其 next 字段初始化后，第二次插入成功，等待队列中的进程数量变为2。

通过 prepare_to_wait 函数插入到等待队列中的元素的 flags 字段通常被设置为0，表示对应的进程不是高优先级进程。

此外，插入的等待队列元素会被放置在等待队列的头部。

进程状态说明：

关于进程可能处于的状态，可以在 __wake_up 函数的相关文档中找到详细说明。