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进程调度 – Linux内核API wait_for_completion_timeout

wait_for_completion_timeout函数功能描述:此函数用于阻塞当前进程,等待其他进程的执行结束,被等待进程保存在输入参数的wait字段所代表的等待队列中。有两种情况可以结束此种等待:第一,当等待队列中的进程被函数complete( )或函数complete_all( )唤醒,等待结束,阻塞进程将继续执行;第二,当等待的时钟节拍超时时,被阻塞的进程会继续执行。

此函数将当前进程设置为不可中断的等待状态,所以即使通过Ctrl+C组合键也不能强制结束等待;此函数设置的等待时间是函数的第二个参数所代表的系统时钟节拍数,这个时间是可以更改的。

wait_for_completion_timeout文件包含

#include <linux/completion.h>

wait_for_completion_timeout函数定义

在内核源码中的位置:linux-3.19.3/kernel/sched/completion.c

函数定义格式:

unsigned long __sched wait_for_completion_timeout(struct completion*x, unsigned long timeout)

wait_for_completion_timeout输入参数说明

此函数的第一个输入参数是struct completion结构体类型的指针,包含一个等待队列信息及等待队列的状态信息,等待队列的状态代表此等待队列是否被唤醒过,其定义及详细解释参考函数complete( )分析文档的输入参数说明部分。

此函数的第二个输入参数是unsigned long型的变量,代表等待的时钟节拍数,当等待的时钟节拍数超过此值时,被阻塞的进程将继续执行。

wait_for_completion_timeout返回参数说明

此函数的返回结果是unsigned long型的变量,代表剩余的系统时钟节拍数,即传入的第二个参数所代表的时钟节拍数与等待进程结束消耗的时钟节拍之差。如果等待是正常结束,则返回值的范围在0到函数的第二个输入参数值之间。

wait_for_completion_timeout实例解析

编写测试文件:wait_for_completion_timeout.c

头文件引用及全局变量定义:

/*头文件引用*/
#include <linux/module.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/pid.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/completion.h>
#include <linux/kthread.h>
MODULE_LICENSE("GPL");
/*全局变量定义*/
static struct completion comple;         //用于保存completion的状态
static struct task_struct * old_thread; //保存初始化进程信息

子进程处理函数定义:

int my_function(void * argc)
{
wait_queue_head_t head;
wait_queue_t data;
printk("in the kernel thread function! \n");
init_waitqueue_head(&head);                     //初始化等待队列头元素
init_waitqueue_entry(&data, current);           //用当前进程初始化等待队列元素
add_wait_queue(&head, &data);                   //将当前进程插入到等待队列中
schedule_timeout_uninterruptible(10);           //将等待队列置于不可中断的等待状态
printk("the current pid is:%d\n", current->pid);     //显示当前进程的PID值
printk("the state of the real_parent is :%ld\n", old_thread->state);
//显示父进程的状态
//complete(&comple);                            //调用函数唤醒进程,并更改done字段的值
printk("out the kernel thread function\n");
return 0;
}

模块加载函数定义:

static int __init wait_for_completion_timeout_init(void)
{
struct task_struct * result;
long leavetime;
wait_queue_t data;
printk("into wait_for_completion_timeout_init.\n");
old_thread = current;
result=kthread_create_on_node(my_function, NULL, -1, "wait_for_completion_timeout");
// 创建新进程
wake_up_process(result);
init_completion(&comple);             //初始化completion变量
init_waitqueue_entry(&data, result); //用新进程初始化等待队列元素
__add_wait_queue_tail(&(comple.wait), &data);         //将新进程加入等待队列的尾部
leavetime=wait_for_completion_timeout(&comple,100); //阻塞进程,等待新进程的结束
/*显示函数wait_for_completion_timeout( )的返回结果*/
printk("the result of the wait_for_completion_timeout is:%ld\n", leavetime);
/*显示函数kernel_thread( )函数的返回结果*/
printk("the pid of new thread is :%d\n", result->pid);
printk("the current pid is:%d\n", current->pid);      //显示当前进程的PID值
printk("out wait_for_completion_timeout_init.\n");
return 0;
}

模块退出函数定义:

static void __exit wait_for_completion_timeout_exit(void)
{
printk("Goodbye wait_for_completion_timeout\n");
}

模块加载、退出函数调用:

module_init(wait_for_completion_timeout_init);
module_exit(wait_for_completion_timeout_exit);

实例运行结果及分析:

首先编译模块,执行命令insmod wait_for_completion_timeout.ko插入内核模块,此时终端会出现短暂的停顿,因为进程阻塞所至,当终端恢复命令行模式时,输入命令dmesg -c会出现如图A所示的结果。

Linux内核API wait_for_completion_timeout

去掉子进程处理函数中对语句“complete(&comple); ”的注释,保存文件,重新编译、加载模块,此时不会出现终端短暂的停顿的现象,输入命令dmesg -c,会出现如图B所示的结果。

Linux内核API wait_for_completion_timeout

结果分析:

从图A和图B可以看出在子进程执行时父进程的状态值都是2,即父进程处于不可中断的等待状态,并且子进程都在父进程之前执行完毕,父进程会等待子进程的执行完毕。

A中显示函数wait_for_completion_timeout( )的返回结果是0,可以推测此等待是正常结束的,实际情况是因等待超时而程序正常运行结束的。

B中显示函数wait_for_completion_timeout( )的返回结果是90,可以推测等待是正常结束的,实际情况是通过调用函数complete( )唤醒等待队列中的进程,使等待提前结束,返回结果90是等待剩余的时钟节拍数,所消耗的时钟节拍数是10。

说明
对于子进程处理函数中调用函数schedule_timeout_uninterruptible( )使子进程进入短暂的睡眠,是为了保证父进程中的函数wait_for_completion( )能够在子进程中显示父进程状态之前被执行,从而能看到函数wait_for_completion( )对当前进程的作用。

进程状态说明:

对于进程能够处于的状态,在函数__wake_up( )的进程状态说明部分有详细的说明。

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