天道酬勤

kernel中很多地方使用了信号量机制，一个典型的实现就是内存回收的触发，在内存进入慢速路径后的第一件事就是唤醒kswapd工作。

信号量的使用很简单，总结起来有下面几点：

1、初始化信号量。

wait_queue_head_t _wait;  //变量定义
init_waitqueue_head(&_wait);  //变量初始化

2、工作线程一般是一个死循环，工作结束后调用wait，等待触发线程唤醒，唤醒后处理wait事件。

while(1) {
DEFINE_WAIT(wait);      //定义临时变量
prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);   //设置线程的状态
schedule();         //让出CPU
//在获取到信号后从这里运行
finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);  //唤醒后清理上次的信号
}

3、触发线程在检查到触发事件后，wakeup对应的信号量。

wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait); //向工作线程发送信号唤醒

这一篇我们只讲使用不讲原理，原理看下一篇，这里我们就用kswapd作为信号量的使用的示例

1、我们来看kswapd的初始化

static int __init kswapd_init(void)
{
    int nid, ret; 
    swap_setup();
    for_each_node_state(nid, N_MEMORY)
        kswapd_run(nid);
    return 0;
}

int kswapd_run(int nid)
{
    pg_data_t *pgdat = NODE_DATA(nid);
    int ret = 0;
    if (pgdat->kswapd)
        return 0;
    pgdat->kswapd = kthread_run(kswapd, pgdat, "kswapd%d", nid);
    if (IS_ERR(pgdat->kswapd)) {
        /* failure at boot is fatal */
        BUG_ON(system_state < SYSTEM_RUNNING);
        pr_err("Failed to start kswapd on node %d\n", nid);
        ret = PTR_ERR(pgdat->kswapd);
        pgdat->kswapd = NULL;
    }
    return ret;
}

在kswapd_init中，每一个Node运行了一次kswapd_run函数，在这个函数中，建立了我们所熟知的kswapd内核线程。

static int kswapd(void *p)
{
    pg_data_t *pgdat = (pg_data_t*)p;
    struct task_struct *tsk = current;
     ……
    for ( ; ; ) {
        ……
        kswapd_try_to_sleep(pgdat, alloc_order, reclaim_order,
                    classzone_idx);
        ……
    }
}

在启动的kswapd内核线程运行了kswapd这个方法，这个方法是一个循环体，在循环体中，通过kswapd_try_to_sleep等待到一个信号量上，下面我们看下kswapd_try_to_sleep函数的实现。

static void kswapd_try_to_sleep(pg_data_t *pgdat, int alloc_order, int reclaim_order,
                unsigned int classzone_idx)
{
    long remaining = 0;
    DEFINE_WAIT(wait);
 
    if (freezing(current) || kthread_should_stop())
        return;
 
    prepare_to_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait, TASK_INTERRUPTIBLE);
     ……
    schedule();
    ……
    finish_wait(&pgdat->kswapd_wait, &wait);
}

这个函数的实现基本就是我们上面的工作线程的流程，我们可以看到对应的等待队列wait_queue_head_t变量是

pgdat->kswapd_wait，那这个变量在哪里初始化的呢？

static void __paginginit free_area_init_core(struct pglist_data *pgdat)
{
    ……
    init_waitqueue_head(&pgdat->kswapd_wait);
    ……
}

简单的代码里面搜索一下就知道，这个变量在内存初始化的时候初始化的。

2、慢速路径触发kswapd

下面简单看下在kswapd wait之后是如何唤醒的，唤醒kswapd的地方不止一处，这里以内存分配时唤醒为例。

最终核心就是调用wakeup_kswapd函数

void wakeup_kswapd(struct zone *zone, int order, enum zone_type classzone_idx)
{
    pg_data_t *pgdat;
 
    if (!managed_zone(zone))
        return;
    ……
    if (!waitqueue_active(&pgdat->kswapd_wait))
        return;
   ……
    wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);
}

waitqueue_active函数用于探测kswapd函数是否已经在运行，如果没有在运行，则调用wake_up_interruptible(&pgdat->kswapd_wait);唤醒kswapd做内存回收。