Linux0.11内核--进程的调度(运行态(就绪态)和睡眠态之间的转换)

当进程等待资源或者事件时，就进入睡眠状态。有两种睡眠态，不可中断睡眠态（TASK_UNINTERRUPTIBLE）和可中断睡眠态（TASK_INTERRUPTIBLE）。

处于可中断睡眠态的进程不光可以由wake_up直接唤醒，还可以由信号唤醒。在schedule()函数中，会把处于可中断睡眠态并且收到信号的进程变成运行态，使他参与调度选择。Linux0.11中进入可中断睡眠状态的方法有3中

1. 调用interruptible_sleep_on()函数

2. 调用sys_pause()函数

3. 调用sys_waitpid()函数。

第一种情况用于等待外设资源时（如等待I/O设备），这时当前进程会挂在对应的等待队列上。第二第三种情况用于事件，即等待信号。

进程要进入不可中断睡眠态，只能通过sleep_on()函数。要使处于不可中断睡眠态的进程进入运行态，只能由其他进程调用wake_up()将它唤醒。当进程等待系统资源（比如高速缓冲块，文件i节点或者文件系统的超级块）时，会调用sleep_on()函数，使当前进程挂起在相关资源的等待队列上。

这部分代码很短，一共三个函数sleep_on()，wake_up()和interruptible_sleep_on()。在sched.c中。但是代码比较难理解，因为构造的等待队列是一个隐式队列，利用进程地址空间的独立性隐式地连接成一个队列。这个想法很奇妙。

sleep_on()

/****************************************************************************//* 功能：当前进程进入不可中断睡眠态，挂起在等待队列上*//* 参数：p 等待队列头*//* 返回：（无）*//****************************************************************************/void sleep_on(struct task_struct **p){struct task_struct *tmp;// tmp用来指向等待队列上的下一个进程if (!p)// 无效指针，退出return;if (current == &(init_task.task))// 进程0不能睡眠panic("task[0] trying to sleep");tmp = *p;// 下面两句把当前进程放到等待队列头，等待队列是以堆栈方式*p = current;//管理的。后到的进程等在前面current->state = TASK_UNINTERRUPTIBLE;// 进程进入不可中断睡眠状态schedule();// 进程放弃CPU使用权，重新调度进程// 当前进程被wake_up()唤醒后，从这里开始运行。// 既然等待的资源可以用了，就应该唤醒等待队列上的所有进程，让它们再次争夺// 资源的使用权。这里让队列里的下一个进程也进入运行态。这样当这个进程运行// 时，它又会唤醒下下个进程。最终唤醒所有进程。if (tmp)tmp->state=0;}

 

这个函数牵涉到3个指针，p，tmp和current。

p是指向指针的指针，实际上*p指向的是等待队列头。系统资源（高速缓冲块，文件i节点或者文件系统的超级块）的数据结构中都一个structtask_struct*类型的指针，指向的就是等待该资源的进程队列头。比如i节点中的i_wait，高速缓冲块中的b_wait，超级块中的s_wait。*p对于等待队列上的所有进程都是一样的。

current指向的是当前进程指针，是全局变量。

tmp位于当前进程的地址空间内，是局部变量。不同的进程有不同tmp变量。等待队列就是利用这个变量把所有等待同一个资源的进程连接起来。具体的说，所有等待在队列上的进程，都是在sleep_on()中schedule()中被切换出去的，这些进程还停留在sleep_on()函数中，在函数的堆栈空间里面，存放了局部变量tmp。

假如当前进程要进入某个高速缓冲块的等待队列，而且该等待队列上已经有另外两个进程task1和task2先后进入。形成的队列如图。等待队列是堆栈式的，先进入队列的进程排在最后。

在调用了sleep_on()的地方，我们可以发现sleep_on()往往是放在一个循环中的（比如wait_on_buffer()，wait_on_inode()，lock_inode()，lock_super()，wait_on_super()等函数）。当进程从sleep_on()返回时，并不能保证当前进程取得了资源使用权，因为调用wake_up()进程切换到从sleep_on()中苏醒的过程中，发生了进程调度，中间很可能有别的进程取得了资源。

 

wake_up()

/****************************************************************************//* 功能：唤醒等待队列上的头一个进程*//* 参数：p 等待队列头*//* 返回：（无）*//****************************************************************************/void wake_up(struct task_struct **p){if (p && *p) {(**p).state=0;// 把队列上的第一个进程设为运行态*p=NULL;// 把队列头指针清空，这样失去了都其他等待进程的跟踪。// 一般情况下这些进程迟早会得到运行。}}

 

下面分析sleep_on()和 wait_up()配合使用的情况

情况一游离队列的产生

先分析一下sleep_on()和wake_up()在通常情况下的工作原理。考虑一个非常简单的情况，假设目前系统只有3个进程，且都等在队列上，队列的头指针设为wait。

然后系统资源得到释放，当前进程调用wake_up(wait)。这时TaskC变成了运行态。

之后进程调度发生，TaskC被选中，开始运行。TaskC是从sheep_on()中的schedule()的后一条语句开始运行，它把TaskB的状态变成运行态。随后TaskC退出sheep_on()函数，堆栈中的局部变量tmp消失，这样再没有指向TaskB的指针，Task B开头的队列游离了。

情况1-1

这时对同一个资源有两个进程是可运行状态，但是当前进程是TaskC，只要它不调用schedule，它是不会被抢断的。因此TaskC继续运行，取得了它想要的资源，这时TaskC可以完成它的任务了。当进程调度再次发生时，TaskB会被选中，同样，Task B会把TaskA变成可运行态，而它自己得到了资源。最终TaskA也会得到执行。这样，等待在一个资源上的三个任务最终都得到运行。

情况1-2

假设TaskC在得到资源后，又主动调用了schedule()，进程调度程序这时选中了TaskB。TaskB从上次中断的地方开始运行，即从sleep_on()中schedule()后面的语句开始运行。它会把TaskA也变成可运行状态。然后退出sleep_on()，tmp变量消失。但是不幸的是它发现资源仍然被占用，所以再次进入睡眠，又连接到wait队列上了。

从这个情况可以看到，虽然系统运行过程中，可能会把等待队列切分成很多游离队列，但是这些队列头上的进程都是运行态，这保证schedule()函数最终还是会找到它。

 

 

情况二游离队列的合并

假设目前进程等待资源的情况如下，某个进程占用资源不放，导致有7个进程等待该资源。产生3个队列，其中两个游离。

这时调度函数选中TaskE执行，Task E先唤醒TaskD但发现资源不能用，再次睡眠，把自己移到wait队列，脱离了游离队列。调度再次发生。

假如这时TaskB得到运行，同样Task B也只能唤醒TaskA，而把自己移动到等待队列

p { margin-bottom: 0.08in; }

这样，只要游离队列头上的进程是运行态，游离队列可以再次合并到原先的等待队列上。

p { margin-bottom: 0.08in; }

interruptible_sleep_on()

 

/****************************************************************************//* 功能：当前进程进入可中断睡眠态，挂起在等待队列上*//* 参数：p 等待队列头*//* 返回：（无）*//****************************************************************************/void interruptible_sleep_on(struct task_struct **p){struct task_struct *tmp;// tmp用来指向等待队列上的下一个进程if (!p)// 无效指针，退出return;if (current == &(init_task.task))// 进程0不能睡眠panic("task[0] trying to sleep");tmp=*p;// 和sleep_on()一样，构建隐式队列*p=current;repeat:current->state = TASK_INTERRUPTIBLE;// 当前进程状态变成可中断睡眠态schedule();// 重新调度进程// 当进程苏醒后，从这里继续运行if (*p && *p != current) {// 如果当前进程之前还有进程，这把头进程唤醒，(**p).state=0;// 自己进入睡眠态。这样做为了保证队列栈式管理goto repeat;}*p=NULL;// 和wake_up()一样if (tmp)// 产生了游离队列，需要把头进程唤醒tmp->state=0;}