等待隊列用於使得進程等待某一特定事件的發生，無需頻繁的輪詢，進程在等待周期中睡眠，當時間發生后由內核自動喚醒。
1 數據結構
1.1 等待隊列頭
等待隊列結構如下，因為每個等待隊列都可以再中斷時被修改，因此，在操作等待隊列之前必須獲得一個自旋鎖。
定義位於：linux-3.10.73\include\linux\wait.h
1 struct __wait_queue_head { 2 spinlock_t lock; 3 struct list_head task_list; 4 }; 5 typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;
1.2 等待隊列
等待隊列是通過task_list雙鏈表來實現，其數據成員是以下數據結構：
1 typedef struct __wait_queue wait_queue_t; 2 3 struct __wait_queue { 4 unsigned int flags; 5 #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 6 void *private; 7 wait_queue_func_t func; 8 struct list_head task_list; 9 };
關系如下：
等待隊列使用分兩步:
（1）為了使得等待進程在一個等待隊列中睡眠，需要調用函數wait_event()函數。進程進入睡眠，將控制權釋放給調度器。
（2）在內核中另一處，調用wake_up()函數喚醒等待隊列中的睡眠進程。
注：使用wait_event()函數使得進程睡眠；而在內核另一處有一個對應的wake_up()函數被調用。
2 等待隊列的初始化
有兩種方法初始化隊列，分為動態初始化和靜態初始化。
2.1 靜態初始化
1 #define DEFINE_WAIT_FUNC(name, function) \ 2 wait_queue_t name = { \ 3 .private = current, \ 4 .func = function, \ 5 .task_list = LIST_HEAD_INIT((name).task_list), \ 6 } 7 8 #define DEFINE_WAIT(name) DEFINE_WAIT_FUNC(name, autoremove_wake_function)
2.2 動態初始化
1 static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q, struct task_struct *p) 2 { 3 q->flags = 0; 4 q->private = p; 5 q->func = default_wake_function; 6 }
其中函數autoremove_wake_function()是用來喚醒進程的，該函數不經調用default_wake_function()，還將所屬等待隊列成員從等待隊列刪除。
3 進程睡眠
通過add_wait_queue()函數將一個進程添加到等待隊列，首先獲得隊列的自旋鎖，然后調用__add_wait_queue()實現將新的等待進程添加等待隊列（添加到等待隊列的頭部），然后解鎖；代碼如下：
1 static inline void __add_wait_queue(wait_queue_head_t *head, wait_queue_t *new) 2 { 3 list_add(&new->task_list, &head->task_list); 4 }
另一個函數add_wait_queue_exclusive()的含義與add_wait_queue()函數類似，但是將等待進程添加到等待隊列的尾部，並設置WQ_EXCLUSIXE標志。
使得進程在等待隊列上睡眠的另一種方法是：prepare_to_wait()，除了有add_wait_queue()函數的參數外，還要設置進程的狀態。另一個函數prepare_to_wait_exclusive()語義類似。
通常情況下，add_wait_queue()函數不會直接使用,因為add_wait_queue()函數不與具體的邏輯相管理，單純的一個等待隊列的模型是沒有意義的，因此通常使用的是wait_event()函數：
1 #define wait_event(wq, condition) \ 2 do { \ 3 if (condition) \ 4 break; \ 5 __wait_event(wq, condition); \ 6 } while (0) 7 8 #define __wait_event(wq, condition) \ 9 do { \ 10 DEFINE_WAIT(__wait); \ 11 \ 12 for (;;) { \ 13 prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \ 14 if (condition) \ 15 break; \ 16 schedule(); \ 17 } \ 18 finish_wait(&wq, &__wait); \ 19 } while (0)
其中wq是等待進程需要加入的等待隊列，而condition是通過與所等待時間有關的一個C表達式形式給出。表示，條件滿足時，可以立即停止處理。
主要工作由__wait_event()來完成：
(1) 調用DEFINE_WAIT宏創建等待隊列成員；
(2) 使用一個無線循環，在循環體內，
1) 調用prepare_to_wait()使得進程在等待隊列上等待,並將進程狀態置為不可中斷TASK_UNINTERRUPTIBLE；
2) 當進程被喚醒時，檢查指定的條件condition是否滿足，如果滿足則跳出循環，否則將控制權交給調度器，然后進程繼續睡眠。
(3) 調用函數finish_wait()將進程狀態設置為TASK_RUNNING，並從等待隊列的鏈表中移除對應的成員。
其他與wait_event類似的函數：
1 wait_event_interrupable()函數 ，使得進程處於可中斷(TASK_INTERRUPTIBLE)狀態，從而睡眠進程可以通過接收信號被喚醒； 2 wait_event_timeout()函數，等待滿足指定的條件，但是如果等待時間超過指定的超時限制則停止睡眠，可以防止進程永遠睡眠； 3 wait_event_interruptible_timeout() 使得進程睡眠，不但可以通過接收信號被喚醒，也具有超時限制。
4 進程喚醒
內核中雖然定義了很多喚醒等待隊列中進程的函數，但是最終調用的都是__wake_up()
1 #define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL) 2 #define wake_up_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_NORMAL, nr, NULL) 3 #define wake_up_all(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 0, NULL) 4 #define wake_up_locked(x) __wake_up_locked((x), TASK_NORMAL) 5 #define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL) 6 #define wake_up_interruptible_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL) 7 #define wake_up_interruptible_all(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL) 8 #define wake_up_interruptible_sync(x) __wake_up_sync((x), TASK_INTERRUPTIBLE, 1)
而__wake_up()函數在加鎖之后調用的是__wake_up_common()
1 static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, 2 int nr_exclusive, int wake_flags, void *key) 3 { 4 wait_queue_t *curr, *next; 5 6 list_for_each_entry_safe(curr, next, &q->task_list, task_list) { 7 unsigned flags = curr->flags; 8 9 if (curr->func(curr, mode, wake_flags, key) && 10 (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) 11 break; 12 } 13 }
其中：q是等待隊列，mode指定進程的狀態，用於控制喚醒進程的條件，nr_exclusive表示將要喚醒的設置了WQ_FLAG_EXCLUSIVE標志的進程的數目。然后掃描鏈表，調用func(注冊的進程喚醒函數，默認為default_wake_function)喚醒每一個進程，直至隊列為空，或者沒有更多的進程被喚醒，或者被喚醒的的獨占進程數目已經達到規定數目。
5 進程運用等待隊列的實例
1 /*a simple wait_queue demo 2 *task_1,task_2 added into the wait_queue, if condition is 0. 3 *task_3 change condition to 1, and task_1 task_2 will be wake up 4 */ 5 6 #include <linux/kernel.h> 7 #include <linux/init.h> 8 #include <linux/module.h> 9 #include <linux/sched.h> 10 #include <linux/kthread.h> 11 #include <linux/delay.h> 12 13 MODULE_LICENSE("GPL"); 14 MODULE_AUTHOR("cengku@gmail.com"); 15 16 static int condition; 17 static struct task_struct *task_1; 18 static struct task_struct *task_2; 19 static struct task_struct *task_3; 20 21 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq); 22 23 24 static int thread_func_1(void *data) 25 { 26 int i = 0; 27 while (i++ < 100) { 28 wait_event(wq, condition == 1); 29 msleep(1000); 30 printk(">>>>>this task 1\n"); 31 } 32 return 0; 33 } 34 35 static int thread_func_2(void *data) 36 { 37 int i = 0; 38 while (i++ < 100) { 39 wait_event(wq, condition == 1); 40 msleep(1000); 41 printk(">>>>>this task 2\n"); 42 } 43 return 0; 44 } 45 static int thread_func_3(void *data) 46 { 47 int i = 0; 48 while (i++ < 10) { 49 condition = 0; 50 msleep(2000); 51 printk(">>>>>this task 3\n"); 52 condition = 1; 53 wake_up(&wq); 54 msleep(2000); 55 } 56 return 0; 57 } 58 59 60 61 static int __init mod_init(void) 62 { 63 printk("=====mod set up===\n"); 64 condition = 0; 65 66 task_1 = kthread_run(thread_func_1, NULL, "thread%d", 1); 67 if (IS_ERR(task_1)) 68 printk("**********create thread 1 failed\n"); 69 else 70 printk("======success create thread 1\n"); 71 72 task_2 = kthread_run(thread_func_2, NULL, "thread%d", 2); 73 if (IS_ERR(task_2)) 74 printk("**********create thread 2 failed\n"); 75 else 76 printk("======success create thread 2\n"); 77 78 task_3 = kthread_run(thread_func_3, NULL, "thread%d", 3); 79 if (IS_ERR(task_3)) 80 printk("**********create thread 3 failed\n"); 81 else 82 printk("======success create thread 3\n"); 83 return 0; 84 } 85 86 static void __exit mod_exit(void) 87 { 88 int ret; 89 if (!IS_ERR(task_1)) { 90 ret = kthread_stop(task_1); 91 if (ret > 0) 92 printk("<<<<<<<<, ret); 93 } 94 95 if (!IS_ERR(task_2)) { 96 ret = kthread_stop(task_2); 97 if (ret > 0) 98 printk("<<<<<<<<, ret); 99 } 100 101 if (!IS_ERR(task_3)) { 102 ret = kthread_stop(task_3); 103 if (ret > 0) 104 printk("<<<<<<<<, ret); 105 } 106 } 107 module_init(mod_init); 108 module_exit(mod_exit);