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原理，并發現其在系統中的作用與價值
一、等待隊列的數據結構 等待隊列基于雙循環鏈表的數據結構，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（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，喚醒函數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和動態兩種方式實現
2.1 靜態初始化 靜態初始化是通過宏DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)和DECLARE_WAITQUEUE(name,tsk)實現的
靜態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 動態初始化 動態初始化則需要手動分配內存，并調用init_waitqueue_head函數進行初始化
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函數實現這些操作
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，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，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，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()`函數使進程進入休眠狀態
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的進程
- `wake_up_interruptible_nr`：喚醒指定數量的處于可中斷休眠狀態的進程
- `wake_up_interruptible_all`：喚醒等待隊列中所有處于可中斷休眠狀態的進程
這些宏的核心是調用`__wake_up`函數，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 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
