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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

1. 調(diào)用 interruptible_sleep_on() 函數(shù)

2. 調(diào)用 sys_pause() 函數(shù)

3. 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(guò) 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()

/****************************************************************************/ /* 功能：當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入不可中斷睡眠態(tài)，掛起在等待隊(duì)列上 */ /* 參數(shù)：p 等待隊(duì)列頭 */ /* 返回：（無(wú)） */ /****************************************************************************/ void sleep_on(struct task_struct **p) { struct task_struct *tmp; // tmp用來(lái)指向等待隊(duì)列上的下一個(gè)進(jìn)程 if (!p) // 無(wú)效指針，退出 return; if (current == &(init_task.task)) // 進(jìn)程0不能睡眠 panic("task[0] trying to sleep"); tmp = *p; // 下面兩句把當(dāng)前進(jìn)程放到等待隊(duì)列頭，等待隊(duì)列是以堆棧方式 *p = current; // 管理的。后到的進(jìn)程等在前面 current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE; // 進(jìn)程進(jìn)入不可中斷睡眠狀態(tài) schedule(); // 進(jìn)程放棄CPU使用權(quán)，重新調(diào)度進(jìn)程 // 當(dāng)前進(jìn)程被wake_up()喚醒后，從這里開(kāi)始運(yùn)行。 // 既然等待的資源可以用了，就應(yīng)該喚醒等待隊(duì)列上的所有進(jìn)程，讓它們?cè)俅螤?zhēng)奪 // 資源的使用權(quán)。這里讓隊(duì)列里的下一個(gè)進(jìn)程也進(jìn)入運(yùn)行態(tài)。這樣當(dāng)這個(gè)進(jìn)程運(yùn)行 // 時(shí)，它又會(huì)喚醒下下個(gè)進(jìn)程。最終喚醒所有進(jìn)程。 if (tmp) tmp->state=0; }

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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(lèi)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(lái)。具體的說(shuō)，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?？臻g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(guò)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()

/****************************************************************************/ /* 功能：?jiǎn)拘训却?duì)列上的頭一個(gè)進(jìn)程 */ /* 參數(shù)：p 等待隊(duì)列頭 */ /* 返回：（無(wú)） */ /****************************************************************************/ void wake_up(struct task_struct **p) { if (p && *p) { (**p).state=0; // 把隊(duì)列上的第一個(gè)進(jìn)程設(shè)為運(yùn)行態(tài) *p=NULL; // 把隊(duì)列頭指針清空，這樣失去了都其他等待進(jìn)程的跟蹤。 // 一般情況下這些進(jìn)程遲早會(huì)得到運(yùn)行。 } }

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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?？紤]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(kāi)始運(yùn)行。 Task C 是從 sheep_on() 中的 schedule() 的后一條語(yǔ)句開(kāi)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(kāi)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(kāi)始運(yùn)行，即從 sleep_on() 中 schedule() 后面的語(yǔ)句開(kāi)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(guò)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()

/****************************************************************************/ /* 功能：當(dāng)前進(jìn)程進(jìn)入可中斷睡眠態(tài)，掛起在等待隊(duì)列上 */ /* 參數(shù)：p 等待隊(duì)列頭 */ /* 返回：（無(wú)） */ /****************************************************************************/ void interruptible_sleep_on(struct task_struct **p) { struct task_struct *tmp; // tmp用來(lái)指向等待隊(duì)列上的下一個(gè)進(jìn)程 if (!p) // 無(wú)效指針，退出 return; if (current == &(init_task.task)) // 進(jìn)程0不能睡眠 panic("task[0] trying to sleep"); tmp=*p; // 和sleep_on()一樣，構(gòu)建隱式隊(duì)列 *p=current; repeat: current->state = TASK_INTERRUPTIBLE; // 當(dāng)前進(jìn)程狀態(tài)變成可中斷睡眠態(tài) schedule(); // 重新調(diào)度進(jìn)程 // 當(dāng)進(jìn)程蘇醒后，從這里繼續(xù)運(yùn)行 if (*p && *p != current) { // 如果當(dāng)前進(jìn)程之前還有進(jìn)程，這把頭進(jìn)程喚醒， (**p).state=0; // 自己進(jìn)入睡眠態(tài)。這樣做為了保證隊(duì)列棧式管理 goto repeat; } *p=NULL; // 和wake_up()一樣 if (tmp) // 產(chǎn)生了游離隊(duì)列，需要把頭進(jìn)程喚醒 tmp->state=0; }

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)