linux 3.10中完成量的使用

完成量是基于等待队列设计的，所以显然不能在中断上下文使用完成量。

struct completion {
    unsigned int done;
    wait_queue_head_t wait;
};

我们来看一个使用完成量的经典例子：

struct kthread_create_info
{
    /* Information passed to kthread() from kthreadd. */
    int (*threadfn)(void *data);
    void *data;
    int node;

    /* Result passed back to kthread_create() from kthreadd. */
    struct task_struct *result;
    struct completion done;

    struct list_head list;
};

在创建内核线程的例子中，我们使用了一个kthread_create_info结构来封装了一个完成量：

struct task_struct *kthread_create_on_node(int (*threadfn)(void *data),
                       void *data, int node,
                       const char namefmt[],
                       ...)
{
    struct kthread_create_info create;

    create.threadfn = threadfn;---------------要创建的线程的主函数
    create.data = data;
    create.node = node;
    init_completion(&create.done);------------动态初始化完成量

    spin_lock(&kthread_create_lock);
    list_add_tail(&create.list, &kthread_create_list);-------------加入链表，相当于把请求挂在一个双向循环链表中
    spin_unlock(&kthread_create_lock);

    wake_up_process(kthreadd_task);-----------唤醒处理完成量的内核线程，来处理我们发送的请求
    wait_for_completion(&create.done);--------等待完成，这个在等待完成量的期间，会导致本进程睡眠
。。。。。。。

如上代码是提交请求的一侧，那么，处理请求的一侧是怎么完成该任务，并通知到请求方呢？

int kthreadd(void *unused)
{
    struct task_struct *tsk = current;

    /* Setup a clean context for our children to inherit. */
    set_task_comm(tsk, "kthreadd");
    ignore_signals(tsk);
    set_cpus_allowed_ptr(tsk, cpu_all_mask);
    set_mems_allowed(node_states[N_MEMORY]);

    current->flags |= PF_NOFREEZE;

    for (;;) {
        set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
        if (list_empty(&kthread_create_list))
            schedule();
        __set_current_state(TASK_RUNNING);

        spin_lock(&kthread_create_lock);
        while (!list_empty(&kthread_create_list)) {
            struct kthread_create_info *create;

            create = list_entry(kthread_create_list.next,
                        struct kthread_create_info, list);--------------取出请求
            list_del_init(&create->list);------------将请求从链表隔离
            spin_unlock(&kthread_create_lock);-------解锁，这个锁保证加入请求和解除请求的串行化

            create_kthread(create);------------------创建线程

            spin_lock(&kthread_create_lock);
        }
        spin_unlock(&kthread_create_lock);
    }

    return 0;
}

简单地看，没看到怎么通知请求方，代码其实是在create_kthread中实现的：

static void create_kthread(struct kthread_create_info *create)
{
    int pid;

#ifdef CONFIG_NUMA
    current->pref_node_fork = create->node;
#endif
    /* We want our own signal handler (we take no signals by default). */
    pid = kernel_thread(kthread, create, CLONE_FS | CLONE_FILES | SIGCHLD);
    if (pid < 0) {
        create->result = ERR_PTR(pid);
        complete(&create->done);-------------------通知请求方，一般就是唤醒了
    }
}

以上就是使用完成量的经典例子，两个互不干扰的执行流，一个通过wait_for_completion来等待请求完成，一个通过complete，还有complete_all等来通知请求方，完成交互。

除了动态初始化一个完成量，还有一种静态初始化的方式，

static __initdata DECLARE_COMPLETION(kthreadd_done);

 

比如我们下面要描述的kthreadd线程，在 rest_init 中调用 的时候：（为啥叫rest_init，个人觉得是，因为包括mm，调度器之类的都已经初始化好了，就剩下这个初始化了，所以叫rest_init

，这个函数还有个特点就是，它最终会调用cpu_startup_entry(CPUHP_ONLINE); 死循环，永不退出，一直处于内核态）

static noinline void __init_refok rest_init(void)
{
    int pid;

    rcu_scheduler_starting();
    /*
     * We need to spawn init first so that it obtains pid 1, however
     * the init task will end up wanting to create kthreads, which, if
     * we schedule it before we create kthreadd, will OOPS.
     */
    kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS | CLONE_SIGHAND);
    numa_default_policy();
    pid = kernel_thread(kthreadd, NULL, CLONE_FS | CLONE_FILES);------------创建2号进程，也就是kthradd内核线程
    rcu_read_lock();
    kthreadd_task = find_task_by_pid_ns(pid, &init_pid_ns);
    rcu_read_unlock();
    complete(&kthreadd_done);------------唤醒被阻塞的进程

在kthreadd 创建之前，

kernel_init-->kernel_init_freeable函数会使用静态初始化的完成量  kthreadd_done 来等待 kthreadd 内核线程创建好。

static noinline void __init kernel_init_freeable(void)
{
    /*
     * Wait until kthreadd is all set-up.
     */
    wait_for_completion(&kthreadd_done);

也就是说，在2号进程，也就是 kthreadd 被创建好之前，1号进程其实是阻塞的。有一个疑问就是，为什么1号进程要等待2号进程呢？因为假设1号进程不等待，那么用户态进程就可能通过

系统调用来获取资源，而如果这些资源是由2号线程或者2号线程的子线程来维护的话，则必然产生oops。所以这个地方的完成量，起的是一个时序的作用。

 

我们可以看到，内核线程的创建接口，是由 kthreadd 内核线程来完成fork的，

 ps -ef |grep -i kthreadd
root         2     0  0 9月15 ?       00:00:00 [kthreadd]

这个内核线程的pid是2，其他所有的内核线程都是它fork出来的，因为init进程占据了pid 1，所以它的pid是2。

我们假设一下，如果pid 为1的init进程，最终不去执行

if (!run_init_process("/sbin/init") ||
        !run_init_process("/etc/init") ||
        !run_init_process("/bin/init") ||
        !run_init_process("/bin/sh"))

那么它这个时候纯粹还是内核线程，它全部工作在内核态，没有用户态进程的os有没有用呢？

我觉得是有的，没有交互罢了，全部在内核态。恩，如果你把一些任务放在内核里面完成，完全可以不要用户态进程嘛。

总结一下：

进程1又称为init进程，是所有用户进程的祖先，注意，是用户进程，不是内核进程，内核进程的祖先是kthreadd，这哥们负责fork所有的内核线程。

由进程0在start_kernel调用rest_init创建

init进程PID为1，当调度程序选择到init进程时，init进程开始执行kernel_init ()函数

init是个普通的用户态进程，它是Unix系统内核初始化与用户态初始化的接合点，它是所有用户进程的祖宗。在运行init以前是内核态初始化，该过程（内核初始化）的最后一个动作就是运行/sbin/init可执行文件。

完成量，既可以完成通信的作用，又可以完成时序控制的作用，既能够动态初始化来完成交互，又可能静态init来完成交互。