进程的休眠与唤醒(等待队列)

Posted 2022-05-10 正在起飞的蜗牛

1、进程休眠

(1)进程有三种基本状态：就绪态、阻塞态、运行态。
<1>阻塞态:进程缺少除了CPU之外的某些资源，因此该进程不能被运行，被阻塞住了不能被CPU调度；
<2>就绪态:进程分配到了除CPU之外的所有资源，等待CPU调度执行；
<3>运行态：进程获得CPU资源，程序在CPU上运行；
(2)进程休眠：进程休眠就是进程因为缺少除了CPU之外的某些资源而进入阻塞态，会从调度器的运行队列中移走该进程，并把进程放到等待资源的队列中，直到分配到资源从而被唤醒，再次进入到就绪态，等待CPU调度；

2、进程休眠的注意事项

进程进入休眠是很容易的，只要申请不到资源都可能休眠，但是我们要保证进程以一种安全的方式进入休眠，也就是进程进入休眠后，
将来能被成功的唤醒；
(1)永远不要在原子上下文中进入休眠，原子操作本身就是要不可中断的一次性执行完；
(2)不能在拥有锁的时候进入休眠，否则可能会造成死锁；比如A进程在拥有自旋锁时进入休眠等待B进程唤醒，B进程需要先获得自旋锁进行一些操作才能唤醒A进程，
B进程等待A进程释放自旋锁，A进程等待B进程唤醒后才能释放锁，这就死锁了；
(3)拥有信号量时进程是可以进入休眠的，但是要非常注意：用于信号量而休眠的代码必须很短，并且还要确保拥有信号量斌不会阻塞最终唤醒我们自己的那个进程；
(4)进程被唤醒时，无法知道休眠了多长时间或者休眠期间都发生了什么事，所以在进程被唤醒后不要对状态进行任何假定，必须去检查我们等待的条件是否为真，因为
同时可能有别的进程因为等待同一资源而休眠，我们等待的资源可能被别的进程拿走；
(5)除非知道有其他进程会在其他地方唤醒我们，否则进程不能进入休眠；

3、进程的唤醒

(1)要唤醒进程，前提是要知道哪些进程进入休眠，是因为等待什么资源而进入休眠；
(2)在linux中，维护者一个称为等待队列的数据结构，相当于一个进程链表；将等待同一资源的进程放到同一个等待队列里，将来资源有空闲时就从
相应的等待队列中唤醒一个线程；

4、等待队列

4.1、初始化等待队列

	//静态初始化
	DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) 
 
	//动态方法
	wait_queue_head_t my_queue;
	init_waitqueue_head(&my_queue)		

4.2、将进程添加到等待队列

/*
*wq：等待队列的头，就是上面初始化等待队列得到的；
*condition：条件表达式，当wake_up后，condition为真时，唤醒阻塞的进程
*timeout：超时时间
*/

wait_event(wq, condition);	//进程进入休眠后不能被"ctrl+C"打断
wait_event_timeout(wq, condition, timeout);//进程进入休眠后超时返回
wait_event_interruptible(wq, condition);//进程进入休眠后能被"ctrl+C"打断

(1)举例：wait_event_interruptible(wq, havedata==1);
(2)分析：在进程中执行上面的代码，进程会被加入到wq等待队列中，直到将来被wake_up后，并且havedata==1时才能被唤醒；

4.3、唤醒等待队列中的进程

#define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_NORMAL, 1, NULL)

#define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL)

上面的两个唤醒函数和添加到等待队列的函数要对应使用，比如wake_up(x)对应wait_event(wq, condition)；

5、驱动代码中等待队列的使用

//等待队列头
wait_queue_head_t rwq,wwq; 

//数据缓冲区标志位
int havedata = 0;

static int hello_init(void)

	······
	//初始化两个等待队列
	init_waitqueue_head(&rwq); 
	init_waitqueue_head(&wwq); 
	······


static ssize_t hello_read (struct file *filep, char __user *buf, size_t size, loff_t *pos)

	int error;

	//此时如果没有准备好数据，则将进程休眠添加到rwq队列，等待唤醒
	wait_event_interruptible(rwq,havedata == 1);
	
	if(size > strlen(kbuf))
	
		size = strlen(kbuf);
	

	if(copy_to_user(buf,kbuf, size))
	
		error = -EFAULT;
		return error;
	

	//数据被读走，可以写数据
	havedata = 0;

	//唤醒需要写的进程
	wake_up_interruptible(&wwq);

	return size;


static ssize_t hello_write (struct file *filep, const char __user *buf, size_t size, loff_t *pos)

	int error;
	
	//此时如果没有上次的数据没有被读走，则将进程休眠添加到wwq队列，等待唤醒
	wait_event_interruptible(wwq,havedata == 0);
	
	if(size > KMAX_LEN)
	
		size = KMAX_LEN;
	
	memset(kbuf,0,sizeof(kbuf));
	if(copy_from_user(kbuf, buf, size))
	
		error = -EFAULT;
		return error;
	
	printk("%s\\n",kbuf);
	
	//数据写入，可以读数据
	havedata = 1;
	
	//唤醒需要读的进程
	wake_up_interruptible(&rwq);
	
	return size;

上面是摘抄的部分驱动代码，在读写接口中实现休眠和唤醒；