4. 等待队列初始化

等待队列在使用前必须完成初始化。Linux 内核提供了两种初始化方式：静态初始化（编译时完成）和动态初始化（运行时完成）。开发者应根据等待队列的生命周期和作用域选择合适的初始化方法。

4.1 静态初始化：DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD

静态初始化通过宏 DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD 在编译时完成等待队列的创建和初始化。该宏定义等待队列头变量并调用 __init_waitqueue_head 进行初始化。

#include <linux/wait.h>

/* 静态初始化宏 */
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);

使用示例：

/* 在文件作用域定义全局等待队列 */
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_wq);

/* 在函数内部定义静态等待队列 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(irq_wq);

4.2 动态初始化：init_waitqueue_head

动态初始化通过调用 init_waitqueue_head 函数在运行时初始化等待队列头。适用于等待队列头嵌入在其他数据结构中，或需要动态分配内存的场景。

#include <linux/wait.h>

void init_waitqueue_head(struct wait_queue_head *wq_head);

使用示例：

/* 方式一：动态分配 + 初始化 */
struct wait_queue_head *dyn_wq;

dyn_wq = kmalloc(sizeof(struct wait_queue_head), GFP_KERNEL);
if (!dyn_wq)
    return -ENOMEM;
init_waitqueue_head(dyn_wq);

/* 方式二：嵌入结构体 + 初始化 */
struct my_device {
    int             data;
    spinlock_t      lock;
    struct wait_queue_head  read_wq;   /* 等待队列嵌入结构体 */
};

struct my_device *dev;

dev = kzalloc(sizeof(*dev), GFP_KERNEL);
init_waitqueue_head(&dev->read_wq);

4.3 两种初始化方式对比

4.4 等待队列头数据结构

理解等待队列头的内部结构有助于掌握初始化原理。等待队列头 struct wait_queue_head 定义在 <linux/wait.h> 中：

struct wait_queue_head {
    spinlock_t          lock;       /* 保护等待队列的自旋锁 */
    struct list_head    head;       /* 等待队列链表头 */
};

初始化操作的核心工作：

• 初始化自旋锁：spin_lock_init(&wq_head->lock)，确保并发安全。
• 初始化链表头：INIT_LIST_HEAD(&wq_head->head)，将链表头指向自身，形成空队列。

#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \
    struct wait_queue_head name = { \
        .lock   = __SPIN_LOCK_UNLOCKED(name.lock), \
        .head   = LIST_HEAD_INIT(name.head) \
    }

void init_waitqueue_head(struct wait_queue_head *wq_head)
{
    spin_lock_init(&wq_head->lock);
    INIT_LIST_HEAD(&wq_head->head);
}

4.5 典型应用场景示例

以下代码展示了一个字符驱动中两种初始化方式的典型用法：

/* 场景一：全局等待队列 - 静态初始化 */
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(global_event_wq);

/* 场景二：每设备等待队列 - 动态初始化 */
struct my_char_dev {
    struct cdev          cdev;
    struct semaphore     sem;
    struct wait_queue_head  read_wq;    /* 嵌入结构体 */
    atomic_t             data_ready;
};

static int my_char_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct my_char_dev *dev;
    
    dev = container_of(inode->i_cdev, struct my_char_dev, cdev);
    filp->private_data = dev;
    
    /* 动态初始化等待队列 */
    init_waitqueue_head(&dev->read_wq);
    
    return 0;
}