老衲修炼工作队列已有一段时间，内核代码险恶，致使老衲元气大伤，需要休养。为避免再次受伤，老衲整理成修炼秘籍。方能事后继续修炼，也便与江湖各类门派切磋。
本系列文章介绍了Linux内核中的工作队列机制，如何从无到有，如何从轻盈到复杂的历史过程，通过这些历史的演进过程，希望能对各位同学对工作队列有更加深入的理解。
如何能更好的理解一个子系统的原理？浩大的内核海洋里代码越来越复杂，一定是有原因的，新版本的推出一定是发现了前面老版本的不足，加以优化改正，使内核更完善，更稳定，性能更高等。所以为了解整个工作队列的产生的背景，本人追溯了工作队列的整个衍变过程，linus也曾经说过，他并非对每个子系统都很熟悉，所以就有了每个模块的maintainer。好，老衲就喜欢一干到底，干到极致。
闲话少说，下面就来听老衲吹吹牛B。。
步入正题：
1993年的一个夏天，詹姆斯在他的电脑旁疯狂敲打着代码，没错，他是一名软件攻城狮，确切的说他是一名linux爱好者。这次他有一个新需求，为一个软盘写个驱动，这次他似乎遇到点麻烦，当年的内核还是Linux1.0时代，像个年幼的婴儿。
詹姆斯发现他本次的任务需要很多异步执行任务的场景，为了不阻塞主业务，他只好启动额外的线程来并发处理，而这些小任务，很快就执行完了，导致线程反复创建、销毁。由于经常需要执行异步任务，他索性将启动了一个常驻的后台任务，专门用来处理异步事物。
由于linux的开放性吸引了大量的开发者投入，linux迅速活跃，越来越多的开发者遇到了相似的问题，他们抱怨内核并没有一个基础设施可以提供这样的服务，导致每个开发者需要自己额外编写代码，处理各种各样的异步事物。导致内核后台任务越来越多，某些驱动加载后，就会顺带启动一个后台守护线程，这些杂七杂八的线程，导致内核臃肿，难以维护。
1994年，Kai Petzke提出了一个解决方案，他设计了一种叫task queue的基础服务，task queue解决了异步执行任务的问题，是如何做到的呢。其实很简单，他设计了一个的任务队列机制（就是一个单向链表，用来存放各类工作任务），并提供一些API，开发者通过API向链表添加任务，内核的一些流程中会遍历这些链表，摘下这些任务并执行。
task-queue机制由3个部分组成：
1、任务实体：（struct tq_struct）
struct tq_struct {
struct tq_struct *next; /* 指向下一个task */
int sync; /* must be initialized to zero */
void (*routine)(void *); /* 任务函数 */
void *data; /* 函数的参数 */
};
2、任务队列：（tq_timer、tq_immediate等）
任务队列是由内核维护的单向链表，用于存放各类task。用户可以通过queue_task接口来向链表添加任务。
3、运行任务：
内核的run_task_queue接口负责从链表中摘下已存在的工作任务，并执行task的工作函数routine。
有了上面一套机制，任何人都可以向系统提交工作任务，由内核来完成任务的执行。那么内核是在什么时机执行的呢？
linux早期并没有使用后台线程的做法，而是提供了4种不同的task_queue全局队列，每种工作队列触发的时机不同，用户可根据任务的紧急程度来决定将任务挂到哪一个队列上。这4种全局队列为：
tq_timer, tq_immediate, tq_scheduler, tq_disk; //优先级依次降低
执行时机：
（1）加入tq_timer、tq_immediate队列任务的执行时机是中断发生后，也就是我们熟知的bottom half中断底半步，后来linux2.0版本有了tasklet的概念，这两种队列慢慢演变成了hi_tasklet，且tq_timer优先级大于tq_immediate。
（2）tq_scheduler队列执行时机：当调用schedule函数时会执行（也就是进程睡眠或者进程切换的时候会执行）。
（3）tq_disk的的执行时机较多，run_task_queue(&tq_disk)函数会贯穿到内核的各个角落里，但是都是在文件系统相关的函数中执行，如wait_on_page、generic_file_readahead、bdflush等函数。可见tq_disk队列的执行时间具有极大的不确定性。
同时内核也支持创建新的全局task_queue链表，由用户自己决定什么时刻来执行任务。
如下示例：
总结一下，早期task-queue的出现提供了异步执行机制，这是工作队列的老祖宗。同时它也借用了linux的底半步思想。
task-queue主要功能：
1、提供4种不同的tqueue全局队列。
2、提供struct tq_struct用于描述任务。
3、开发者使用queue_task接口来投递任务。
4、内核在合适的时机，会运行run_task_queue函数，遍历全局链表，执行task。
自此之后，开发者只需定义tq_struct结构体来描述任务，在tq_strcut中填入function及参数，然后调用queue_task，就可以将任务委托给内核执行。
task queue初入茅庐，略显单薄，但它的出现确实解决了异步执行的问题。是不是觉得太简单了，别急，复杂的事物都是由一个个简单的东西拼起来的，刚刚修炼，都要先扎扎马步。想当初，老衲也曾试过直接修炼linux5.0，差点走火入魔，如今不敢再碰。相信我，待时机成熟你定能和它过上几招。
最后举一个生活中的例子，作为收尾。相信大家都点过外卖吧，从内核机制的角度来看，这也是一种工作队列的实现，想想看，如果是我们自己去店里吃饭，是不是要经过：出门->餐馆->点菜->等待上菜->eating->返程，如果有了美团外卖这个“基础设施”，我们就可以委托给外卖小哥去执行了，我们只需要将我们要吃的菜进行“初始化”（tq_struct），然后调用一下“提交订单”（queue_task），等待手机呼叫就可以了，此时我们可以继续躺在沙发上玩上两局王者，乐此不疲。
不过，美团这个工作队列和内核还是有点差别，别忘了我们要付跑腿费，而linux是完全免费的，尽情的享用吧！
