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當(dāng)進(jìn)程等待資源或者事件時(shí),就進(jìn)入睡眠狀態(tài)。有兩種睡眠態(tài),不可中斷睡眠態(tài)( TASK_UNINTERRUPTIBLE )和可中斷睡眠態(tài)( TASK_INTERRUPTIBLE )。
處于可中斷睡眠態(tài)的進(jìn)程不光可以由 wake_up 直接喚醒,還可以由信號(hào)喚醒。在 schedule() 函數(shù)中,會(huì)把處于可中斷睡眠態(tài)并且收到信號(hào)的進(jìn)程變成運(yùn)行態(tài),使他參與調(diào)度選擇。 Linux0.11 中進(jìn)入可中斷睡眠狀態(tài)的方法有 3 中
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調(diào)用 interruptible_sleep_on() 函數(shù)
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調(diào)用 sys_pause() 函數(shù)
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調(diào)用 sys_waitpid() 函數(shù)。
第一種情況用于等待外設(shè)資源時(shí)(如等待 I/O 設(shè)備),這時(shí)當(dāng)前進(jìn)程會(huì)掛在對(duì)應(yīng)的等待隊(duì)列上。第二第三種情況用于事件,即等待信號(hào)。
進(jìn)程要進(jìn)入不可中斷睡眠態(tài),只能通過 sleep_on() 函數(shù)。要使處于不可中斷睡眠態(tài)的進(jìn)程進(jìn)入運(yùn)行態(tài),只能由其他進(jìn)程調(diào)用 wake_up() 將它喚醒。當(dāng)進(jìn)程等待系統(tǒng)資源(比如高速緩沖塊,文件 i 節(jié)點(diǎn)或者文件系統(tǒng)的超級(jí)塊)時(shí),會(huì)調(diào)用 sleep_on() 函數(shù),使當(dāng)前進(jìn)程掛起在相關(guān)資源的等待隊(duì)列上。
這部分代碼很短,一共三個(gè)函數(shù) sleep_on() , wake_up() 和 interruptible_sleep_on() 。在 sched.c 中。但是代碼比較難理解,因?yàn)闃?gòu)造的等待隊(duì)列是一個(gè)隱式隊(duì)列,利用進(jìn)程地址空間的獨(dú)立性隱式地連接成一個(gè)隊(duì)列。這個(gè)想法很奇妙。
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sleep_on()
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這個(gè)函數(shù)牽涉到 3 個(gè)指針, p , tmp 和 current 。
p 是指向指針的指針,實(shí)際上 *p 指向的是等待隊(duì)列頭。系統(tǒng)資源(高速緩沖塊,文件 i 節(jié)點(diǎn)或者文件系統(tǒng)的超級(jí)塊)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中都一個(gè) struct task_struct * 類型的指針,指向的就是等待該資源的進(jìn)程隊(duì)列頭。比如 i 節(jié)點(diǎn)中的 i_wait ,高速緩沖塊中的 b_wait ,超級(jí)塊中的 s_wait 。 *p 對(duì)于等待隊(duì)列上的所有進(jìn)程都是一樣的。
current 指向的是當(dāng)前進(jìn)程指針,是全局變量。
tmp 位于當(dāng)前進(jìn)程的地址空間內(nèi),是局部變量。不同的進(jìn)程有不同 tmp 變量。等待隊(duì)列就是利用這個(gè)變量把所有等待同一個(gè)資源的進(jìn)程連接起來。具體的說,所有等待在隊(duì)列上的進(jìn)程,都是在 sleep_on() 中 schedule() 中被切換出去的,這些進(jìn)程還停留在 sleep_on() 函數(shù)中,在函數(shù)的堆棧空間里面,存放了局部變量 tmp 。
假如當(dāng)前進(jìn)程要進(jìn)入某個(gè)高速緩沖塊的等待隊(duì)列,而且該等待隊(duì)列上已經(jīng)有另外兩個(gè)進(jìn)程 task1 和 task2 先后進(jìn)入。形成的隊(duì)列如圖。等待隊(duì)列是堆棧式的,先進(jìn)入隊(duì)列的進(jìn)程排在最后。
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在調(diào)用了 sleep_on() 的地方,我們可以發(fā)現(xiàn) sleep_on() 往往是放在一個(gè)循環(huán)中的(比如 wait_on_buffer() , wait_on_inode() , lock_inode() , lock_super() , wait_on_super() 等函數(shù))。當(dāng)進(jìn)程從 sleep_on() 返回時(shí),并不能保證當(dāng)前進(jìn)程取得了資源使用權(quán),因?yàn)檎{(diào)用 wake_up() 進(jìn)程切換到從 sleep_on() 中蘇醒的過程中,發(fā)生了進(jìn)程調(diào)度,中間很可能有別的進(jìn)程取得了資源。
wake_up()
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下面分析 sleep_on() 和 wait_up() 配合使用的情況
情況一 游離隊(duì)列的產(chǎn)生
先分析一下 sleep_on() 和 wake_up() 在通常情況下的工作原理。考慮一個(gè)非常簡(jiǎn)單的情況,假設(shè)目前系統(tǒng)只有 3 個(gè)進(jìn)程,且都等在隊(duì)列上,隊(duì)列的頭指針設(shè)為 wait 。
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然后系統(tǒng)資源得到釋放,當(dāng)前進(jìn)程調(diào)用 wake_up(wait) 。這時(shí) Task C 變成了運(yùn)行態(tài)。
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之后進(jìn)程調(diào)度發(fā)生, Task C 被選中,開始運(yùn)行。 Task C 是從 sheep_on() 中的 schedule() 的后一條語(yǔ)句開始運(yùn)行,它把 Task B 的狀態(tài)變成運(yùn)行態(tài)。隨后 Task C 退出 sheep_on() 函數(shù),堆棧中的局部變量 tmp 消失,這樣再?zèng)]有指向 Task B 的指針, Task B 開頭的隊(duì)列游離了。
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情況 1-1
這時(shí)對(duì)同一個(gè)資源有兩個(gè)進(jìn)程是可運(yùn)行狀態(tài),但是當(dāng)前進(jìn)程是 Task C ,只要它不調(diào)用 schedule ,它是不會(huì)被搶斷的。因此 Task C 繼續(xù)運(yùn)行,取得了它想要的資源,這時(shí) Task C 可以完成它的任務(wù)了。當(dāng)進(jìn)程調(diào)度再次發(fā)生時(shí), Task B 會(huì)被選中,同樣, Task B 會(huì)把 Task A 變成可運(yùn)行態(tài),而它自己得到了資源。最終 Task A 也會(huì)得到執(zhí)行。這樣,等待在一個(gè)資源上的三個(gè)任務(wù)最終都得到運(yùn)行。
情況 1-2
假設(shè) Task C 在得到資源后,又主動(dòng)調(diào)用了 schedule() ,進(jìn)程調(diào)度程序這時(shí)選中了 Task B 。 Task B 從上次中斷的地方開始運(yùn)行,即從 sleep_on() 中 schedule() 后面的語(yǔ)句開始運(yùn)行。它會(huì)把 Task A 也變成可運(yùn)行狀態(tài)。然后退出 sleep_on() , tmp 變量消失。但是不幸的是它發(fā)現(xiàn)資源仍然被占用,所以再次進(jìn)入睡眠,又連接到 wait 隊(duì)列上了。
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從這個(gè)情況可以看到,雖然系統(tǒng)運(yùn)行過程中,可能會(huì)把等待隊(duì)列切分成很多游離隊(duì)列,但是這些隊(duì)列頭上的進(jìn)程都是運(yùn)行態(tài),這保證 schedule() 函數(shù)最終還是會(huì)找到它。
情況二 游離隊(duì)列的合并
假設(shè)目前進(jìn)程等待資源的情況如下,某個(gè)進(jìn)程占用資源不放,導(dǎo)致有 7 個(gè)進(jìn)程等待該資源。產(chǎn)生 3 個(gè)隊(duì)列,其中兩個(gè)游離。
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這時(shí)調(diào)度函數(shù)選中 Task E 執(zhí)行, Task E 先喚醒 Task D 但發(fā)現(xiàn)資源不能用,再次睡眠,把自己移到 wait 隊(duì)列,脫離了游離隊(duì)列。調(diào)度再次發(fā)生。
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假如這時(shí) Task B 得到運(yùn)行,同樣 Task B 也只能喚醒 Task A ,而把自己移動(dòng)到等待隊(duì)列
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這樣,只要游離隊(duì)列頭上的進(jìn)程是運(yùn)行態(tài),游離隊(duì)列可以再次合并到原先的等待隊(duì)列上。
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interruptible_sleep_on()
Linux0.11內(nèi)核--進(jìn)程的調(diào)度(運(yùn)行態(tài)(就緒態(tài))和睡眠態(tài)之間的轉(zhuǎn)換)
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