首先必須意識(shí)到：休眠是一種進(jìn)程的特殊狀態(tài)（即task->state= TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE）]

一、休眠的目的

簡(jiǎn)單的說(shuō)，休眠是為在一個(gè)當(dāng)前進(jìn)程等待暫時(shí)無(wú)法獲得的資源或者一個(gè)event的到來(lái)時(shí)（原因），避免當(dāng)前進(jìn)程浪費(fèi)CPU時(shí)間（目的），將自己放入進(jìn)程等待隊(duì)列中，同時(shí)讓出CPU給別的進(jìn)程（工作）。休眠就是為了更好地利用CPU。

一旦資源可用或event到來(lái)，將由內(nèi)核代碼（可能是其他進(jìn)程通過(guò)系統(tǒng)調(diào)用）喚醒某個(gè)等待隊(duì)列上的部分或全部進(jìn)程。從這點(diǎn)來(lái)說(shuō)，休眠也是一種進(jìn)程間的同步機(jī)制。

二、休眠的對(duì)象

休眠是針對(duì)進(jìn)程，也就是擁有task_struct的獨(dú)立個(gè)體。

當(dāng)進(jìn)程執(zhí)行某個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的時(shí)候，暫時(shí)無(wú)法獲得的某種資源或必須等待某event的到來(lái)，在這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的底層實(shí)現(xiàn)代碼就可以通過(guò)讓系統(tǒng)調(diào)度的手段讓出CPU，讓當(dāng)前進(jìn)程處于休眠狀態(tài)。

• 進(jìn)程什么時(shí)候會(huì)被休眠？

? ? 進(jìn)程進(jìn)入休眠狀態(tài)，必然是他自己的代碼中調(diào)用了某個(gè)系統(tǒng)調(diào)用，而這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用中存在休眠代碼。這個(gè)休眠代碼在某種條件下會(huì)被激活，從而讓改變進(jìn)程狀態(tài)，說(shuō)到底就是以各種方式包含了：

1、條件判斷語(yǔ)句

2、進(jìn)程狀態(tài)改變語(yǔ)句

3、schedule();

三、休眠操作做了什么

進(jìn)程被置為休眠，意味著它被標(biāo)識(shí)為處于一個(gè)特殊的狀態(tài)（TASK_UNINTERRUPTIBLE或?TASK_INTERRUPTIBLE），并且從調(diào)度器的運(yùn)行隊(duì)列中移走。這個(gè)進(jìn)程將不在任何?CPU?上被調(diào)度，即不會(huì)被運(yùn)行。?直到發(fā)生某些事情改變了那個(gè)狀態(tài)（to?TASK_WAKING）。這時(shí)處理器重新開(kāi)始執(zhí)行此進(jìn)程，此時(shí)進(jìn)程會(huì)再次檢查是否需要繼續(xù)休眠（資源是否真的可用？），如果不需要就做清理工作，并將自己的狀態(tài)調(diào)整為TASK_RUNNING。

四、誰(shuí)來(lái)喚醒休眠進(jìn)程

進(jìn)程在休眠后，就不再被調(diào)度器執(zhí)行，就不可能由自己?jiǎn)拘炎约?，也就是說(shuō)進(jìn)程不可能“睡覺(jué)睡到自然醒”。喚醒工作必然是由其他進(jìn)程或者內(nèi)核本身來(lái)完成的。喚醒需要改變進(jìn)程的task_struct中的狀態(tài)等，代碼必然在內(nèi)核中，所以喚醒必然是在系統(tǒng)調(diào)用的實(shí)現(xiàn)代碼中（如你驅(qū)動(dòng)中的read、write方法）以及各種形式的中斷代碼（包括軟、硬中斷）中。

如果在系統(tǒng)調(diào)用代碼中喚醒，則說(shuō)明是由其他的某個(gè)進(jìn)程來(lái)調(diào)用了這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用喚醒了休眠的進(jìn)程。

如果是中斷中喚醒，那么喚醒的任務(wù)可以說(shuō)是內(nèi)核完成了。

• 如何找到需要喚醒的進(jìn)程：等待隊(duì)列

上面其實(shí)已經(jīng)提到了：休眠代碼的一個(gè)工作就是將當(dāng)前進(jìn)程信息放入一個(gè)等待隊(duì)列中。它其實(shí)是一個(gè)包含等待某個(gè)特定事件的所有進(jìn)程相關(guān)信息的鏈表。一個(gè)等待隊(duì)列由一個(gè)wait_queue_head_t?結(jié)構(gòu)體來(lái)管理，其定義在中。

wait_queue_head_t?類(lèi)型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：?

它包含一個(gè)自旋鎖和一個(gè)鏈表。這是一個(gè)等待隊(duì)列鏈表頭，鏈表中的元素被聲明做wait_queue_t。自旋鎖用于包含鏈表操作的原子性。?

wait_queue_t包含關(guān)于睡眠進(jìn)程的信息和喚醒函數(shù)。

他們?cè)趦?nèi)存中的結(jié)構(gòu)大致如下圖所示：

等待隊(duì)列頭wait_queue_head_t一般是定義在模塊或內(nèi)核代碼中的全局變量，而其中鏈接的元素?wait_queue_t的定義被包含在了休眠宏中。

休眠和喚醒的過(guò)程如下圖所示：

五、休眠和喚醒的代碼簡(jiǎn)要分析

下面我們簡(jiǎn)單分析一下休眠與喚醒的內(nèi)核原語(yǔ)。

1、休眠：wait_event

?

?

2、喚醒：wake_up

?

上面分析的休眠函數(shù)是最簡(jiǎn)單的休眠喚醒函數(shù)，其他類(lèi)似的函數(shù)，如后綴為_timeout、_interruptible、_interruptible_timeout的函數(shù)其實(shí)都是在喚醒后的條件判斷上有些不同，多判斷一些喚醒條件而已。這里就不再贅述了。

六、使用休眠的注意事項(xiàng)

（1）?永遠(yuǎn)不要在原子上下文中進(jìn)入休眠，即當(dāng)驅(qū)動(dòng)在持有一個(gè)自旋鎖、seqlock或者?RCU?鎖時(shí)不能睡眠；關(guān)閉中斷也不能睡眠，終端例程中也不可休眠。

持有一個(gè)信號(hào)量時(shí)休眠是合法的，如果代碼在持有一個(gè)信號(hào)量時(shí)睡眠，任何其他的等待這個(gè)信號(hào)量的線程也會(huì)休眠。發(fā)生在持有信號(hào)量時(shí)的休眠必須短暫，而且決不能阻塞那個(gè)將最終喚醒你的進(jìn)程。

（2）當(dāng)進(jìn)程被喚醒，它并不知道休眠了多長(zhǎng)時(shí)間以及休眠時(shí)發(fā)生什么；也不知道是否另有進(jìn)程也在休眠等待同一事件，且那個(gè)進(jìn)程可能在它之前醒來(lái)并獲取了所等待的資源。所以不能對(duì)喚醒后的系統(tǒng)狀態(tài)做任何的假設(shè)，并必須重新檢查等待條件來(lái)確保正確的響應(yīng)。

（3）除非確信其他進(jìn)程會(huì)在其他地方喚醒休眠的進(jìn)程，否則也不能睡眠。使進(jìn)程可被找到意味著：需要維護(hù)一個(gè)等待隊(duì)列的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。它是一個(gè)進(jìn)程鏈表，其中包含了等待某個(gè)特定事件的所有進(jìn)程的相關(guān)信息。

七、不可在中斷例程中休眠的原因

如果在某個(gè)系統(tǒng)調(diào)用中把當(dāng)前進(jìn)程休眠，是有明確目標(biāo)的，這個(gè)目標(biāo)就是過(guò)來(lái)call這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用的進(jìn)程（注意這個(gè)進(jìn)程正在running）。

但是中斷和進(jìn)程是異步的，在中斷上下文中，當(dāng)前進(jìn)程大部分時(shí)候和中斷代碼可能一點(diǎn)關(guān)系都沒(méi)有。要是在這里調(diào)用了休眠代碼，把當(dāng)前進(jìn)程給休眠了，那就極有可能把無(wú)關(guān)的進(jìn)程休眠了。再者，如果中斷不斷到來(lái)，會(huì)殃及許多無(wú)辜的進(jìn)程。

在中斷中休眠某個(gè)特定進(jìn)程是可以實(shí)現(xiàn)的，通過(guò)內(nèi)核的task_struct鏈表可以找到的，不論是根據(jù)PID還是name。但是只要這個(gè)進(jìn)程不是當(dāng)前進(jìn)程，休眠它也可能沒(méi)有必要。可能這個(gè)進(jìn)程本來(lái)就在休眠；或者正在執(zhí)行隊(duì)列中但是還沒(méi)執(zhí)行到，如果執(zhí)行到他了可能又無(wú)須休眠了。

還有一個(gè)原因是中斷也是所謂的原子上下文，有的中斷例程中會(huì)禁止所有中斷，有的中斷例程還會(huì)使用自旋鎖等機(jī)制，在其中使用休眠也是非常危險(xiǎn)的。?下面會(huì)介紹。

八、不可在持有自旋鎖、seqlock、RCU?鎖或關(guān)閉中斷時(shí)休眠的原因?

其實(shí)自旋鎖、seqlock、RCU?鎖或關(guān)閉中斷期間的代碼都稱為原子上下文，比較有代表性的就是自旋鎖spinlock。

對(duì)于UP系統(tǒng)，如果A進(jìn)程在擁有spinlock時(shí)休眠，這個(gè)進(jìn)程在擁有自旋鎖后主動(dòng)放棄了處理器。其他的進(jìn)程就開(kāi)始使用處理器，只要有一個(gè)進(jìn)程B去獲取同一個(gè)自旋鎖，B必然無(wú)法獲取，并做所謂的自旋等待。由于自旋鎖禁止所有中斷和搶占，B的自旋等待是不會(huì)被打斷的，并且B也永遠(yuǎn)獲得不了鎖。因?yàn)?span>B在CPU中運(yùn)行，沒(méi)有其他進(jìn)程可以運(yùn)行并喚醒A并釋放鎖。系統(tǒng)就此鎖死，只能復(fù)位了。

對(duì)于SMP系統(tǒng)，如果A進(jìn)程在擁有spinlock時(shí)休眠，這個(gè)進(jìn)程在擁有自旋鎖后主動(dòng)放棄了處理器。如果所有處理器都為了獲取這個(gè)鎖而自旋等待，由于自旋鎖禁止所有中斷和搶占，，就不會(huì)有進(jìn)程可能去喚醒A了，系統(tǒng)也就鎖死了。

并不是所一旦系統(tǒng)獲得自旋鎖休眠就會(huì)死，而是有這個(gè)可能。但是注意了計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度之快，只要有億分之一的可能，也是很容易發(fā)生

所有的原子上下文都有這樣的共性：不可在其中休眠，否則系統(tǒng)極有可能鎖死。

只要對(duì)其設(shè)備節(jié)點(diǎn)做兩次讀寫(xiě)操作，系統(tǒng)必死。我在X86?的SMP系統(tǒng)，ARMv5、ARMv6、ARMv7中都做了如下的實(shí)驗(yàn)（單核(UP)系統(tǒng)必須配置CONFIG_DEBUG_SPINLOCK，否則自旋鎖是沒(méi)有實(shí)際效果（起碼不會(huì)有“自旋”）， 系統(tǒng)可以多次獲取自旋鎖，沒(méi)有實(shí)驗(yàn)效果。之后博文中有詳細(xì)描述）。現(xiàn)象都和上面敘述的死法相同，看了源碼就知道（關(guān)鍵在readwrite方法）。以下是實(shí)驗(yàn)記錄：

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