Linux 核心等待佇列機制詳解：資料結構、API 與實作流程圖解

等待佇列是核心同步基礎設施，支援任務在條件滿足前睡眠、條件達標後喚醒。核心兩大資料結構：

資料結構

struct __wait_queue_head {
    spinlock_t lock;              // 保護佇列的自旋鎖
    struct list_head task_list;   // 掛載等待任務的鏈表頭
};

struct __wait_queue {
    unsigned int flags;
    void *private;                // 通常指向 task_struct
    wait_queue_func_t func;       // 喚醒回調 (通常 autoremove_wake_function)
    struct list_head task_list;   // 掛入 wait_queue_head 的節點
};

核心流程

1. 定義佇列頭：DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) 靜態初始化，或動態 init_waitqueue_head()。
2. 任務呼叫 wait_event(wq, condition)：
    ① 以當前 task_struct 初始化 wait_queue；
    ② 鎖保護下掛入佇列；
    ③ 判斷條件，滿足則移出返回；
    ④ 不滿足 → 排程睡眠；
    ⑤ 被喚醒後重複 ②③，直到條件滿足。
3. 喚醒端呼叫 wake_up(wq) (喚醒一個) 或 wake_up_all(wq) (喚醒全部)，將任務設為可執行並移出佇列。

主要 API 速查

等待佇列廣泛應用於驅動程式、檔案系統、網路協定棧等核心子系統，理解其運作對核心開發與除錯至關重要。