📚 Linux 驱动开发笔记：工作队列 (Workqueue)

一、 核心定义

工作队列是 Linux 内核中断下半部（Bottom Half）的一种重要机制。它允许你将耗时的、需要等待资源或可能导致休眠的任务，从中断处理函数（ISR）中推迟到稍后的进程上下文中执行。

• 关键特性：运行于进程上下文，可以休眠。
• 执行主体：内核线程（如kworker/0:2）。

二、 为什么需要工作队列？ (对比 Tasklet)

在内核中，中断下半部主要有两种选择，它们的区别在于“执行环境”：

三、 工作队列的运作机制

1. 提交任务：驱动在 ISR 中通过schedule_work函数提交一个work_struct。
2. 排队等待：该任务进入系统默认的工作队列链表。
3. 唤醒线程：内核唤醒对应的内核线程（kworker）。
4. 执行任务：kworker线程从链表中取出任务，调用你编写的处理函数。
5. 结束/调度：处理函数完成后，kworker线程继续处理下一个任务，或者进入睡眠。

四、 核心 API 与编程步骤

1. 定义工作结构体与处理函数

处理函数的参数是结构体本身，通常通过container_of获取私有数据。

struct work_struct my_work; void my_work_func(struct work_struct *work) { // 这里可以休眠！ // printk("current->comm: %s, pid: %d\n", current->comm, current->pid); }

2. 初始化 (Init)

在probe函数中完成，将函数指针绑定到结构体。

// 动态初始化 INIT_WORK(&gpio_key->work, my_work_func); // 或者静态定义 // DECLARE_WORK(name, function);

3. 调度 (Schedule)

在中断上半部（ISR）中调用，触发异步执行。

static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id) { schedule_work(&gpio_key->work); // 只是挂入队列，不阻塞 return IRQ_HANDLED; }

五、 实验现象深度解析

根据实验日志：

[165328.733643] {WORK_FUNC:}the process is kworker/0:2, its pid is 1722

1. 身份证明：current->comm是kworker/0:2，证明了工作队列不再是“借用”别人的身份，而是由内核专属的“工人”线程在干活。
2. PID 1722：这是一个真实的进程 ID。在 Linux 中，凡是有 PID 的都能被调度器控制，这就是它为什么可以休眠的根本原因。
3. 时序关系：日志中TASKLET总是先于WORK_FUNC打印。这是因为 Tasklet 优先级更高，在中断返回的瞬间执行；而 Workqueue 需要等待调度器切换到kworker线程，存在毫秒级的调度延迟。

六、 注意事项与避坑指南

1. 顺序阻塞：默认的工作队列由同一个kworker线程依序处理。如果你在一个 Work 函数里写了while(1)或休眠太久，会堵塞同一个队列里的其他工作。
2. 重入性：如果在 Work 还没执行完时又发生了中断并schedule_work，内核通常不会重复启动同一个 Work 实例，它会等待当前运行的结束后再决定是否再次触发。
3. API 演进：4.x 以后内核引入了CMWQ (Concurrency Managed Workqueue)，它能更聪明地在多核之间分配任务，避免单个耗时任务卡死整个 CPU 的工作队列。

七、 总结：何时选择工作队列？

• 任务很重（如：读取 1MB 的 Flash 数据）。
• 需要等待（如：等待某个信号量、互斥锁）。
• 需要延时（如：逻辑要求按键按下后等待 100ms 再读取）。