如何理解create_singlethread_workqueue是严格按照顺序执行的

我们知道工作队列有三种，分别是PerCpu, Unbound，以及ORDERED这三种类型，正如之前的文档分析：
1.PerCpu的工作队列：
API:

create_workqueue(name)

这种工作队列在queue_work的时候，首先检查当前的Cpu是哪一个，然后将work调度到该cpu下面的normal级别的线程池中运行。
注：针对PerCpu类型而言，系统在开机的时候会注册2个线程池，一个低优先级的，一个高优先级的。
2.Unbound的工作队列：
API：

create_freezable_workqueue(name)

这种工作队列在queue_work的时候，同样首先检查当前的Cpu是哪一个，随后需要计算当前的Cpu属于哪一个Node，因为对于Unbound的工作队列而言，线程池并不是绑定到cpu的而是绑定到Node的，随后找到该Node对应的线程池中运行。需要留意的是这种工作队列是考虑了功耗的，例如：当work调度的时候，调度器会尽量的让已经休眠的cpu保持休眠，而将当前的work调度到其他active的cpu上去执行。

注：对于NUMA没有使能的情况下，所有节点的线程池都会指向dfl的线程池。
3.Ordered的工作队列：
API：

create_singlethread_workqueue(name) 或者 alloc_ordered_workqueue(fmt,
flags, args…)

这种work也是Unbound中的一种，但是这种工作队列即便是在NUMA使能的情况下，所有Node的线程池都会被指向dfl的线程池，换句话说Ordered的工作队列只有一个线程池，因为只有这样才能保证Ordered的工作队列是顺序执行的，而这也是本文分析的切入点。

有关并发问题的总结性陈述：

首先对于Ordered的工作队列(create_singlethread_workqueue，其他自定义的API则不一定了)这是严格顺序执行的，绝对不可能出现并发(无论提交给wq的是否是同一个work)。

但是对于PerCpu的工作队列(create_workqueue)，其中对于提交给wq的如果是同一个work，那么也不会并发，会顺序执行。但是如果提交给wq的不是同一个work，则会在不同的cpu间并发。需要特别留意的是，其并不会在同一个CPU的不同线程间并发，这是因为create_workqueue这个API定义的max_active为1，也就意味者，当前wq只能最多在每个cpu上并发1个线程。

#define alloc_ordered_workqueue(fmt, flags, args...)         \alloc_workqueue(fmt, WQ_UNBOUND | __WQ_ORDERED | (flags), 1, ##args)
#define create_singlethread_workqueue(name)             \alloc_ordered_workqueue("%s", WQ_MEM_RECLAIM, name)

这里面特别要去留意的是alloc_workqueue的第二个参数是flags，第三个参数表示当前工作队列max_active的work个数，比如当前值为1，那么在当前工作队列中如果已经有work在执行中了，随后排队的work只能进入pwq->delayed_works的延迟队列中，等到当前的work执行完毕后再顺序执行。

那么这儿有个疑问就是如果将active增大，是否意味着队列中的work可以并行执行了呢，也不全是，如果当前排队的work和正在执行的work是同一个的话则需要等待当前work执行完成后顺序执行。如果当前排队的work和正在执行的work不是同一个同时alloc_workqueue函数的第三个参数(max_active)大于1的话，那么内核会为你在线程池中开启一个新的线程来执行这个work。

OK,Read The Fuck Source.

kernel\Workqueue.c

static void __queue_work(int cpu, struct workqueue_struct *wq,struct work_struct *work)
{...../*1. 当第一次调度的时候，由于pwq->nr_active为0，低于max_active(1),则将work加入到线程池中的worklist中，pwq->nr_active自增.2. 当第二次调度的时候，且第一次调度的work正在执行中(进入function了)，由于pwq->nr_active为1，不低于max_active(1),则将work加入到线程池的delayed_works延迟列表中，并设置当前work的flag为WORK_STRUCT_DELAYED.*/if (likely(pwq->nr_active < pwq->max_active)) {trace_workqueue_activate_work(work);pwq->nr_active++;worklist = &pwq->pool->worklist;} else {work_flags |= WORK_STRUCT_DELAYED;worklist = &pwq->delayed_works;}//如上面的描述插入到对应的链表中    insert_work(pwq, work, worklist, work_flags);....
}

static void insert_work(struct pool_workqueue *pwq, struct work_struct *work,struct list_head *head, unsigned int extra_flags)
{struct worker_pool *pool = pwq->pool;  //设置work的flagset_work_pwq(work, pwq, extra_flags);//将work加入到对应的线程池的worklist或者delayed_works链表中list_add_tail(&work->entry, head);...//从线程池中取出处于idle的线程，唤醒它if (__need_more_worker(pool))wake_up_worker(pool);
}

我们继续看看唤醒的线程中是怎么处理的，是使用这个唤醒的idle线程呢？还是在原有的线程处理结束后再执行？

static int worker_thread(void *__worker)
{...
woke_up:/*如下所示1.针对第一次调度的情况，pool的worklist不为NULL，且pool->nr_running为0(意味着所有的worker都进入了阻塞状态)，则当前唤醒的线程将继续处理这个work。2.针对第二次调度的情况，且第一次调度的work正在执行中(进入function了)，那么由于pool的worklist为NULL(该work进入了延迟队列)，那么，当前唤醒的worker会直接睡眠。*/if (!need_more_worker(pool))goto sleep;if (unlikely(!may_start_working(pool)) && manage_workers(worker))goto recheck;...do {...process_one_work(worker, work);...} while (keep_working(pool));....
sleep:worker_enter_idle(worker);__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);spin_unlock_irq(&pool->lock);schedule();goto woke_up;
}

我们再看看process_one_work的执行过程

static void process_one_work(struct worker *worker, struct work_struct *work)
{...//这里的理解也是非常的重要的/*首先在线程池中正在运行的线程中取出正在运行的work和当前想要处理的work进行比对，如果是同一个work那么直接返回，等待原先的那个work处理结束后再紧接着处理。*/collision = find_worker_executing_work(pool, work);if (unlikely(collision)) {move_linked_works(work, &collision->scheduled, NULL);return;}...//真正处理这个work的地方worker->current_func(work);...//判断是否要处理延迟队列的workpwq_dec_nr_in_flight(pwq, work_color);...
}

看看延迟队列是怎么提取出来的

static void pwq_dec_nr_in_flight(struct pool_workqueue *pwq, int color)
{    ...//当目前的work处理完成后，就可以将当前工作队列(ordered类型)active的work减1到0了，也就是说当前工作队列(ordered类型)又可以接收新的work了pwq->nr_active--;//如果之前的延迟队列有待处理的work，那么取出来加到pool->worklist,等到线程的下一次while循环的时候执行。/*流程如下：pwq_activate_first_delayed->pwq_activate_delayed_work->move_linked_works*/if (!list_empty(&pwq->delayed_works)) {/* one down, submit a delayed one */if (pwq->nr_active < pwq->max_active)pwq_activate_first_delayed(pwq);}...
}static void pwq_activate_delayed_work(struct work_struct *work)
{struct pool_workqueue *pwq = get_work_pwq(work);trace_workqueue_activate_work(work);move_linked_works(work, &pwq->pool->worklist, NULL);__clear_bit(WORK_STRUCT_DELAYED_BIT, work_data_bits(work));pwq->nr_active++;
}

最后说明一下2个问题：

pool->nr_running，这个flag表示当前线程池是否是阻塞或者Active状态。
0：阻塞状态，work的function中有可能调用了导致sleep的函数，例如msleep，wait_interrupt,mutex等。这种情况下如果再次insert_work的话，需要在当前线程池中，开启新的线程(这个线程有可能是在当前CPU的不同线程或者是不同的CPU上)去处理。
1：Active状态，work的function还在执行中，且没有导致sleep的操作。这种情况下如果再次insert_work的话，不需要再开启新的线程了，直接在原有线程中处理即可。
第二个问题是针对unbound的工作队列，其线程池是否需要额外创建的原则是属性是否一致，属性匹配只关注2个地方，一个是优先级，一个是cpumask(当前工作是否可以在对应的cpu上运行)。

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