Linux 内核睡眠的几种方式

译至：http://geeki.wordpress.com/2010/10/30/ways-of-sleeping-in-linux-kernel/

在Linux中睡眠有2-3种不同的方法。

睡眠的第一种简单的方法是将当前进程的状态设置为INTERRUPTIBLE或NON_INTERRUPTIBLE然后调用schedule。将进程设置为RUNNING之外状态很重要，因为只有这样，内核会将进程移出运行队列。进程被调度出去后，它需要以某种方式被调度回来 - 用wake_up()来实现。 这需要进程的task_struct中作为参数。 下面是一段来自Linux Journal的示例代码段：

[cpp] view plaincopy

1. //Process A:
2. spin_lock(&list_lock);
3. if(list_empty(&list_head)) {
4. spin_unlock(&list_lock);
5. set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);
6. schedule();
7. spin_lock(&list_lock);
8. }
9. /* Rest of the code ... */
10. spin_unlock(&list_lock);
11. //Process B:
12. spin_lock(&list_lock);
13. list_add_tail(&list_head, new_node);
14. spin_unlock(&list_lock);
15. wake_up_process(processA_task);

上面的一段代码会导致一个“无效唤醒”的竞争条件问题。 说明如下：该进程对一些条件检查，然后设置任务状态为可中断并进入睡眠。 这时可能有一个小的竞争条件，当满足该条件的进程在条件检查之后唤醒睡眠进程时（唤醒任务仅仅是将任务状态设置成RUNNING，并将它保持在运行队列） - 这会导致一种情况：睡眠进程在唤醒进程将其唤醒后进入睡眠 - 这就是无效唤醒的问题。 这样做的后果可能会很严重也可能并不严重。 如果睡眠进程将条件标记为假，然后继续睡眠，那么这个无效唤醒的问题将导致睡眠进程永远保持该状态。 但是，如果条件是通过外部满足的话，那么最终条件将变为真，唤醒进程将唤醒睡眠进程。 这种情况的解决方法是在检查前设置任务状态 - 因此，如果这个进程进入睡眠状态，那么它将保持在运行队列而不是等待队列。 如果任务状态是running的话，schedule() API将保持进程只在运行队列。

还有一个问题，这种形式的睡眠要求waker进程中必须知道睡眠进程的task_struct。当存在一个以上的睡眠进程时这可能令人厌倦。 因此，在内核中睡眠的另一种形式是使用等待队列。 下面是一个示例一段代码，声明了一个等待队列，并把自己保持在等待队列。

[cpp] view plaincopy

1. DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_event);
2. wait_event_interruptible(my_event, (cond == x));
3. void my_wake_up(void)
4. {
5. if (cond == x)
6. return;
7. set_bit(2, &my_flags);
8. wake_up_interruptible(&my_event);
9. }

正如在上面这段代码中可以看出，当我们在一个队列中等待时，我们也传递了一个条件用于检查 - 这样内核在将进程保持在等待队列之前要确保这个条件不为真。内核将改变进程的状态，然后检查条件，并把该进程中加入等待队列。 当时间到时，waker进程将来唤醒​​等待队列上进程 - 这样，它不需要知道哪些进程正在睡眠，它只需知道等待队列。 在一定程度上比之前的不可扩展的睡眠形式更好。 还有一个API，wake_up_all()，将唤醒所有的进程 - 这个API如果不能正确使用会导致惊群问题。 不过，也有这个API的相关使用场景- 例如，多个读者和一个写者的问题可以使用这个API - 当写者已经获得了锁，所有的读者都被放在等待队列 - 当写者完成后，它可以用wake_up_all()唤醒在等待队列中的所有进程。 所有的读者会成功获得锁。

睡觉的另一种方法是睡眠一定的时间段。 进程可以以jiffies或毫秒/秒形式睡眠。 下面是以毫秒形式睡眠的示例代码。

[cpp] view plaincopy

1. read_done = 0;
2. while (read_done == 0) {
3. msleep(2); //sleep for a couple of milliseconds.
4. }
5. // Another thread
6. read_done = 1;

这个进程不知道它要花多少时间，但是它确保不会需要很长时间 - 因此它选择了避免创建另一个等待队列，而是简单地使用msleep（）API来睡2毫秒。 迟早，条件变成真然后进程会继续处理。这带来上下文切换等方面的一些小的CPU开销，但它是一个简单的设计。 顺便说一句，如果我们想用jiffies睡眠的话，可以使用schedule_timeout（）API。 它的内部处理是，把进程加入了某个等待队列，然后到了时间后唤醒它。 msleep（）也是做同样的事情。