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  • 睡眠和唤醒 进程管理

    休眠(被阻塞)的进程处于一个特殊的不可执行状态。这点非 常重要,否则,没有这种特殊状态的话,调度程序就可能选出一个本不愿意被执行的进程,更糟糕的是,休眠就必须以轮询的方式实现了。进程休眠有各种原因,但 肯定都是为了等待一些事件。事件可能是一段时间、从文件I/O读更多数据,或者是某个硬件事件。一个进程还有可能在尝试获得一个已经占用的内核信号量时被 迫进入休眠。休眠的一个常见原因就是文件I/O -- 如进程对一个文件执行了read()操作,而这需要从磁盘里读取。还有,进程在获取键盘输入的时候也需要等待。无论哪种情况,内核的操作都相同:进程把它 自己标记成休眠状态,把自己从可执行队列移出,放入等待队列,然后调用schedule()选择和执行一个其他进程。唤醒的进程刚好相反:进程被设置为可 执行状态,然后再从等待队列中移到可执行队列。

        休眠有两种相关的进程状态:TASK_INTERRUPTIBLE and TASK_UNINTERRUPTIBLE。它们的惟一区别是处于TASK_UNINTERRUPTIBLE状态的进程会忽略信号,而处于 TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程如果收到信号会被唤醒并处理信号(然后再次进入等待睡眠状态)。两种状态的进程位于同一个等待队列上,等 待某些事件,不能够运行。
       
        休眠通过等待队列进行处理。等待队列是由等待某些事件发生的进程组成的简单链表。内核用wake_queue_head_t来代表等待队列。等待队列可以 通过DECLARE_WAITQUEUE()静态创建,也可以有init_waitqueue_head()动态创建。进程把自己放入等待队列中并设置成 不可执行状态。等与等待队列相关的事件发生的时候,队列上的进程会被唤醒。为了避免产生竞争条件,休眠和唤醒的实现不能有纰漏。
        针对休眠,以前曾经使用过一些简单的接口。但那些接口会带来竞争条件;有可能导致在判断条件变为真后进程却开始了休眠,那样就会使进程无限期地休眠下去。所以,在内核中进行休眠的推荐操作相对复杂一些.


    进程通过执行下面几步将自己加入到一个等待队列中:
    ---------------------------------------------------------
    1. 调用DECLARE_WAITQUEUE()创建一个等待队列的项
    |------------------------------------------------|
    |/* 'q' is the wait queue we wish to sleep on */ |
    |
    DECLARE_WAITQUEUE(wait, current);               |
    |------------------------------------------------|

    2. 调用add_wait_queue()把自己加入到队列中。该队列在进程等待的条件满足时唤醒它。当然我们必须在其他地方撰写相关代码,在事件发生时,对等待队列执行wake_up()操作
    |-----------------------------|
    |
    add_wait_queue(q, &wait);    |
    |-----------------------------|


    while (!condition) {     /* condition is the event that we are waiting for */

    3. 将进程的状态变更为TASK_INTERRUPTIBLE or TASK_UNINTERRUPTIBLE
    |----------------------------------------------|
    |       /* or TASK_UNINTERRUPTIBLE */          |
    |       set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE); |
    |----------------------------------------------|

    4. 如果状态被设置为TASK_INTERRUPTIBLE,则信号可以唤醒进程(信号和事件都可以唤醒该进程)。这就是所谓的伪唤醒(唤醒不是因为事件的发生,而是由信号唤醒的),因此检查并处理信号。
    注: 信号和等待事件都可以唤醒处于TASK_INTERRUPTIBLE状态的进程,信号唤醒该进程为伪唤醒;该进程被唤醒后,如果(!condition)结果为真,则说明该进程不是由等待事件唤醒的,而是由信号唤醒的。所以该进程处理信号后将再次让出CPU控制权
    |----------------------------------------------|
    |       if (signal_pending(current))           |
    |               /* handle signal */            |
    |----------------------------------------------|

    5. Tests whether the condition is true. If it is, there is no need to sleep. If it is not true, the task calls schedule().
    本进程在此处交出CPU控制权,如果该进程再次被唤醒,将从while循环结尾处继续执行,因而将回到while循环的开始处while (!condition),进测等待事件是否真正发生.
    |----------------------------------------------|
    |      
    schedule();                            |
    |----------------------------------------------|
    }

    6. Now that the condition is true, the task can set itself to TASK_RUNNING and remove itself from the wait queue via remove_wait_queue().
    |----------------------------------------------|
    |set_current_state(TASK_RUNNING);              |
    |remove_wait_queue(q, &wait);                  |
    |----------------------------------------------|

        如果在进程开始睡眠之前条件就已经达成了,那么循环会退出,进程不会存在错误的进入休眠的倾向。需要注意的是,内核代码在循环体内常常需要完成一些其他的 任务,比如,它可能在调用schedule()之前需要释放掉锁,而在这以后再重新获取它们,或者响应其他的事件。
        唤醒操作通过函数wake_up()进行,它会唤醒指定的等待队列上的所有进程。它调用函数
    try_to_wake_up(), 该函数负责将进程设置为TASK_RUNNING状态,调用activate_task()将此进程放入可执行队列,如果被唤醒的进程优先级比当前正在运 行的进程的优先级高,还有设置need_resched标志。通常哪段代码促使等待条件达成,它就负责随后调用wake_up()函数。
        关于休眠有一点需要注意,存在虚假的唤醒。有时候进程被唤醒并不是因为它所等待的条件达成了(而是接受到了信号),所以才需要用一个循环处理来保证它等待的条件真正达成。

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