从源码角度来解读Linux等待队列机制，理解休眠与唤醒的运转原理
kernel/include/linux/wait.hkernel/kernel/sched/wait.ckernel/include/linux/sched.hkernel/kernel/sched/core.cLinux内核的等待队列是非常重要的数据结构，在内核驱动中广为使用，它是以双循环链表为基础数据结构，与进程的休眠唤醒机制紧密相联，是实现异步事件通知、跨进程通信、同步资源访问等技术的底层技术支持。
研究等待队列这个内核非常基础的数据结构，对于加深了解Linux非常有帮忙，等待队列有两种数据结构：等待队列头(wait_queue_head_t)和等待队列项(wait_queue_t)，两者都有一个list_head类型task_list。双向链表通过task_list将 等待队列头和一系列等待队列项串起来，源码如下所示。
struct __wait_queue_head { spinlock_t lock; //用于互斥访问的自旋锁 struct list_head task_list;};typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;可通过宏DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)来创立类型为wait_queue_head_t的等待队列头name。
#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \ struct wait_queue_head name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name)#define __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) { \ .lock = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.lock), \ .head = { &(name).head, &(name).head } }struct __wait_queue { unsigned int flags; void *private; //指向等待队列的进程task_struct wait_queue_func_t func; //唤醒函数 struct list_head task_list; //链表元素，将wait_queue_t挂到wait_queue_head_t};typedef struct __wait_queue wait_queue_t;可通过宏DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)来创立类型为wait_queue_t的等待队列项name，并将tsk赋值给成员变量private， default_wake_function赋值给成员变量func。
#define DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk) \ struct wait_queue_entry name = __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk)#define __WAITQUEUE_INITIALIZER(name, tsk) { \ .private = tsk, \ .func = default_wake_function, \ .entry = { NULL, NULL } }void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait){ unsigned long flags; wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __add_wait_queue(q, wait); //挂到队列头 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);}static inline void __add_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new){ list_add(&new->task_list, &head->task_list);}该方法的功能是将wait等待队列项 挂到等待队列头q中。
void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait){ unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __remove_wait_queue(q, wait); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);}static inline void __remove_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *old){ list_del(&old->task_list);}该方法主要功能是将wait等待队列项 从等待队列头q中移除。
到这里，已经详情了wait_queue_head_t和wait_queue_t这两个创立方法，以及添加和删除等待队列元素的方法。接下里说一说如何在等待队列的基础上建立休眠与唤醒机制。
#define wait_event(wq, condition) \do { \ if (condition) \ break; \ __wait_event(wq, condition); \} while (0)#define __wait_event(wq, condition) \ (void)___wait_event(wq, condition, TASK_UNINTERRUPTIBLE, 0, 0, schedule())将___wait_event()宏开展如下所示
___wait_event(wq, condition, state, exclusive, ret, cmd){ wait_queue_t __wait; INIT_LIST_HEAD(&__wait.task_list); for (;;) { //当检测进程能否有待解决信号则返回值__int不为0，【见3.1.1】 long __int = prepare_to_wait_event(&wq, &__wait, state); if (condition) //当满足条件，则跳出循环 break; //当有待解决信号且进程处于可中断状态(TASK_INTERRUPTIBLE或者TASK_KILLABLE))，则跳出循环 if (___wait_is_interruptible(state) && __int) { __ret = __int; break; } cmd; //schedule()，进入睡眠，从进程就绪队列选择一个高优先级进程来代替当前进程运行 } finish_wait(&wq, &__wait); //假如__wait还位于队列wq，则将__wait从wq中移除 }再来看看进入睡眠状态之前的准备工作，用于防止wait没有队列中，而事件已产生，则会无线等待。
long prepare_to_wait_event(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait, int state){ unsigned long flags; if (signal_pending_state(state, current)) //信号检测 return -ERESTARTSYS; wait->private = current; wait->func = autoremove_wake_function; //设置func唤醒函数，【小节3.1.2】 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); if (list_empty(&wait->task_list)) { //当wait不在队列q，则加入其中，防止无法唤醒 if (wait->flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) __add_wait_queue_tail(q, wait); else __add_wait_queue(q, wait); } set_current_state(state); //设置进程状态 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); return 0;}wait_event(wq, condition)：进入睡眠状态直到condition为true，在等待期进程状态为TASK_UNINTERRUPTIBLE。对应的唤醒方法是wake_up()，当等待队列wq被唤醒时会执行如下两个检测：
wait_event_xxx有一组用于睡眠的函数，基于能否可中断(TASK_UNINTERRUPTIBLE)，能否有超时机制，在方法名后缀加上interruptible，timeout等信息，对应的含义就是允许中断(TASK_INTERRUPTINLE)和带有超时机制，比方wait_event_interruptible()，这里就不再列举。另外sleep_on()也是进入睡眠状态，没有condition，不过该方法有可能导致竞态，从kernel 3.15移除该方法，采用wait_event代替sleep_on()。
int autoremove_wake_function(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key){ int ret = default_wake_function(wait, mode, sync, key); //唤醒函数 if (ret) list_del_init(&wait->task_list); //从列表中移除wait return ret;}#define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)void __wake_up(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, void *key){ unsigned long flags; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); //核心方法 __wake_up_common(q, mode, nr_exclusive, 0, key); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags);}static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, int wake_flags, void *key){ wait_queue_t *curr, *next; list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) { unsigned flags = curr->flags; //调用唤醒函数 【小节3.2.1】 if (curr->func(curr, mode, wake_flags, key) && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) break; }}wait_event(wq)遍历整个等待列表wq中的每一项wait_queue_t，依次调用唤醒函数来唤醒该等待队列中的所有项，唤醒函数如下：
wake_up_xxx有一组用于唤醒的函数，跟wait_event配套使用。比方wait_event()与wake_up()，wait_event_interruptible()与wake_up_interruptible()。
再来看看唤醒函数函数
int default_wake_function(wait_queue_t *curr, unsigned mode, int wake_flags, void *key){ //获取wait所对应的进程 【小节3.2.2】 return try_to_wake_up(curr->private, mode, wake_flags);}try_to_wake_up(struct task_struct *p, unsigned int state, int wake_flags){ unsigned long flags; int cpu, src_cpu, success = 0; bool freq_notif_allowed = !(wake_flags & WF_NO_NOTIFIER); bool check_group = false; wake_flags &= ~WF_NO_NOTIFIER; smp_mb__before_spinlock(); raw_spin_lock_irqsave(&p->pi_lock, flags); //关闭本地中断 src_cpu = cpu = task_cpu(p); //假如当前进程状态不属于可唤醒状态集，则无法唤醒该进程 //wake_up()传递过来的TASK_NORMAL等于(TASK_INTERRUPTIBLE | TASK_UNINTERRUPTIBLE) if (!(p->state & state)) goto out; success = 1; smp_rmb(); if (p->on_rq && ttwu_remote(p, wake_flags)) //当前进程已处于rq运行队列，则无需唤醒 goto stat; ... ttwu_queue(p, cpu); //【小节3.2.3】stat: ttwu_stat(p, cpu, wake_flags);out: raw_spin_unlock_irqrestore(&p->pi_lock, flags); //恢复本地中断 ... return success;}static void ttwu_queue(struct task_struct *p, int cpu){ struct rq *rq = cpu_rq(cpu); // 获取当前进程的运行队列 raw_spin_lock(&rq->lock); lockdep_pin_lock(&rq->lock); ttwu_do_activate(rq, p, 0); // 【小节3.2.4】 lockdep_unpin_lock(&rq->lock); raw_spin_unlock(&rq->lock);}在kernel/sched/core.c目录中发现有大量ttwu_xxx的方法，这个单词缩写可真是厉害，琢磨一会结合上下文，才明白原来是try to wake up的缩写，另外为了简化，这里只详情单解决器的逻辑。
static void ttwu_do_activate(struct rq *rq, struct task_struct *p, int wake_flags){ ttwu_activate(rq, p, ENQUEUE_WAKEUP | ENQUEUE_WAKING); ttwu_do_wakeup(rq, p, wake_flags);}static inline void ttwu_activate(struct rq *rq, struct task_struct *p, int en_flags){ activate_task(rq, p, en_flags); //将进程task加入rq队列 p->on_rq = TASK_ON_RQ_QUEUED; if (p->flags & PF_WQ_WORKER) wq_worker_waking_up(p, cpu_of(rq)); //worker正在唤醒中，则通知工作队列}static void ttwu_do_wakeup(struct rq *rq, struct task_struct *p, int wake_flags){ check_preempt_curr(rq, p, wake_flags); p->state = TASK_RUNNING; //标记该进程为TASK_RUNNING状态 ...}通过DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)可初始化wait_queue_head_t结构体，通过DECLARE_WAITQUEUE可初始化wait_queue_t结构体，由等待队列头(wait_queue_head_t)和等待队列项(wait_queue_t)构建一个双向链表。 可通过add_wait_queue和remove_wait_queue分别向双向链表中增加或者删除等待项。
休眠与唤醒流程：
