1. 简介
Linux等待队列是Linux内核中用于管理进程等待的一种机制。在多任务操作系统中，当一个进程需要等待某些条件满足时（如等待资源被释放），将会加入到等待队列中，然后进入睡眠状态，直到条件满足后再被唤醒。Linux等待队列是通过内核提供的一种数据结构来实现的。
2. Linux等待队列的数据结构
Linux等待队列的数据结构主要包括等待队列头（wait_queue_head_t）和等待队列项（wait_queue_t）。等待队列头是一个结构体，用于管理等待队列中的等待队列项。而等待队列项是一个双向链表节点，每个等待队列项表示一个等待的进程。
struct wait_queue_head {
spinlock_t lock; // 自旋锁，用于保护等待队列头的操作
struct list_head task_list; // 用于存储等待队列项的链表
};
struct wait_queue_entry {
struct list_head task_list; // 用于将等待队列项链接到等待队列头的链表
int flags; // 用于标记等待队列项的状态
void *private; // 指向与等待队列项相关的私有数据的指针
wait_queue_func_t func; // 唤醒等待队列项时要执行的函数
};
3. 等待队列的操作
3.1 初始化等待队列头
初始化等待队列头通过宏DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)来完成。这个宏定义了一个类型为wait_queue_head_t的变量，并将其初始化为一个空的等待队列头。
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue);
3.2 添加进程到等待队列
当一个进程需要等待某个条件时，可以通过宏wait_event(queue, condition)将进程添加到等待队列中，并进入睡眠状态。等待队列是通过等待队列头来管理的，queue参数指定了等待队列头的地址，condition参数用于指定等待的条件。
等待队列的操作是在自旋锁的保护下进行的，以保证操作的原子性。添加进程到等待队列的过程可以概括为以下几个步骤：
申请等待队列项：DEFINE_WAIT(wait);
设置等待队列项的标志和私有数据：preempt_disable(); wait.flags = flags; wait.private = private;
自旋锁保护下，将等待队列项插入到等待队列头的链表末尾：list_add_tail(&wait.task_list, &queue->task_list);
进程进入睡眠状态：schedule();
唤醒后处理：preempt_enable();
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue);
DEFINE_WAIT(wait);
...
wait_event(wait_queue, condition);
3.3 唤醒等待队列中的进程
当某个条件满足时，可以通过宏wake_up(queue)来唤醒等待队列中的进程。wake_up(queue)会唤醒等待队列头queue中的所有等待队列项。
具体的唤醒过程可以概括为以下几个步骤：
自旋锁保护下，遍历等待队列头的链表，逐个唤醒等待队列项：list_for_each_entry_safe(wait, next, &queue->task_list, task_list) { ... }
唤醒等待队列项指定的进程：prepare_to_wait(wait); try_to_wake_up(wait); finish_wait(wait);
wake_up(&wait_queue);
4. 注意事项
在使用Linux等待队列时，需要注意以下几点：
等待队列是一种非常底层的机制，一般不直接使用，而是由更高层次的抽象机制（如信号量、互斥量）来封装和使用。
在添加进程到等待队列之前，需要先禁用抢占（preempt_disable()），以确保等待队列项的操作是原子的。
在唤醒等待队列项时，需要先准备等待队列（prepare_to_wait()），然后尝试唤醒等待队列项（try_to_wake_up()），最后释放等待队列（finish_wait()）。
等待队列的使用需要按照特定的顺序进行，特别是在等待队列的唤醒过程中，不能改变等待队列头和等待队列项的关系和状态。
5. 总结
Linux等待队列是Linux内核中用于管理进程等待的一种机制，通过等待队列头和等待队列项的数据结构来实现。它是一种非常底层的机制，可以被更高层次的抽象机制（如信号量、互斥量）来封装和使用。
在使用Linux等待队列时，需要注意保证操作的原子性，正确地使用等待队列的添加和唤醒操作，并按照特定的顺序执行。只有正确地使用和理解等待队列，才能写出高质量的并发程序。