内核随记(三)--同步(2)【转】
转自:http://blog.csdn.net/tommy_wxie/article/details/7425668
版权声明:本文为博主原创文章,未经博主允许不得转载。 2.2、睡眠与唤醒 在操作系统中,睡眠和唤醒原语实际上是操作系统的基本原语,也是实现同步的一种方式,而且它还是实现信号量的基础。当进程请求的资源(如内存、文件等)不能得到满足时,就会主动放弃CPU,进入等待状态(可中断等待或者不可中断等待)。当资源满足时,就会由别的进程唤醒,从而投入运行。 2.2.1、等待队列 等待队列表示一组睡眠的进程,这些进程正在等待特定的事件发生(或者说条件为真),比如,等待足够的内存。等待队列是一个双链表,每个队列都有一个队列头,其定义如下: [html] view plain copy print? //include/linux/wait.h //等待队列头 struct __wait_queue_head { // 自旋锁 spinlock_t lock; struct list_head task_list; }; typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t; 等待队列链表中的元素类型为: [html] view plain copy print? typedef struct __wait_queue wait_queue_t; //唤醒函数指针 typedef int (*wait_queue_func_t)(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key); //默认的唤醒函数 int default_wake_function(wait_queue_t *wait, unsigned mode, int sync, void *key); struct __wait_queue { /*取值为WQ_FLAG_EXCLUSIVE(=1)表示互斥进程,由内核有选择的唤醒.为0时表示非互斥进程,由内核在 **事件发生时唤醒所有等待进程. **/ unsigned int flags; #define WQ_FLAG_EXCLUSIVE 0x01 //等待的任务描述符 struct task_struct * task; //唤醒函数,默认为default_wake_function wait_queue_func_t func; struct list_head task_list; }; 其典型的结构如下:等待队列头的初始化: DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name); 其定义如下: [html] view plain copy print? //incude/linux/wait.h #define __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) { \ .lock = SPIN_LOCK_UNLOCKED, \ .task_list = { &(name).task_list, &(name).task_list } } //初始化等待队列头 #define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name) \ wait_queue_head_t name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name) 或者如下: wait_queue_head_t my_queue; init_waitqueue_head(&my_queue);等待队列元素初始化: //linux/wait.h //wait_queue_t初始化 static inline void init_waitqueue_entry(wait_queue_t *q, struct task_struct *p) {q->flags = 0;q->task = p;q->func = default_wake_function; } 2.2.2、等待事件(Waiting on the Event) 内核提供的等待接口包括wait_event(), wait_event_ interruptible(), 和wait_event_interruptible_timeout()。此外sleep_on(), sleep_on_timeout(), 和interruptible_sleep_on()在2.6中仍然支持,但已经过时。这些接口的基本实现如下:具体代码如下: [html] view plain copy print? //linux/wait.h #define wait_event(wq, condition) \ do { \ if (condition) //条件发生 \ break; \ __wait_event(wq, condition); \ } while (0) #define __wait_event(wq, condition) \ do { \ DEFINE_WAIT(__wait); \ \ for (;;) { \ prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE); \ if (condition) \ break; \ schedule();//调度 \ } \ finish_wait(&wq, &__wait); \ } while (0) //kernel/wait.c void fastcall prepare_to_wait(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait, int state) { unsigned long flags; //非互斥进程 wait->flags &= ~WQ_FLAG_EXCLUSIVE; //关中断,并请求自旋锁 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); if (list_empty(&wait->task_list)) __add_wait_queue(q, wait); //将等待任务加入等待队列 /* * don't alter the task state if this is just going to * queue an async wait queue callback */ if (is_sync_wait(wait)) set_current_state(state); //设置任务当前的状态 //释放自旋锁,并恢复处理器状态 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } //等待完成之后,应该设置任务的状态为运行状态,并从等待队列中删除 void fastcall finish_wait(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait) { unsigned long flags; __set_current_state(TASK_RUNNING); //设置为运行状态 if (!list_empty_careful(&wait->task_list)) { spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); list_del_init(&wait->task_list); //从等待队列中删除 spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } } 2.2.3、唤醒(Waking Up) 接口如下: [html] view plain copy print? //include/inux/wait.h #define wake_up(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL) #define wake_up_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL) #define wake_up_all(x) __wake_up(x, TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL) #define wake_up_interruptible(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 1, NULL) #define wake_up_interruptible_nr(x, nr) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, nr, NULL) #define wake_up_interruptible_all(x) __wake_up(x, TASK_INTERRUPTIBLE, 0, NULL) #define wake_up_locked(x) __wake_up_locked((x), TASK_UNINTERRUPTIBLE | TASK_INTERRUPTIBLE) #define wake_up_interruptible_sync(x) __wake_up_sync((x),TASK_INTERRUPTIBLE, 1) 具体实现: [html] view plain copy print? //kernel/sched.c void fastcall __wake_up(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, void *key) { unsigned long flags; //请求自旋锁,并关中断 spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); __wake_up_common(q, mode, nr_exclusive, 0, key); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); } static void __wake_up_common(wait_queue_head_t *q, unsigned int mode, int nr_exclusive, int sync, void *key) { struct list_head *tmp, *next; list_for_each_safe(tmp, next, &q->task_list) { wait_queue_t *curr; unsigned flags; curr = list_entry(tmp, wait_queue_t, task_list); flags = curr->flags; //调用相应的唤醒函数, 唤醒第1个有WQ_FLAG_EXCLUSIVE标志的进程后停止 if (curr->func(curr, mode, sync, key) && (flags & WQ_FLAG_EXCLUSIVE) && !--nr_exclusive) break; } } //默认的唤醒函数 int default_wake_function(wait_queue_t *curr, unsigned mode, int sync, void *key) { task_t *p = curr->task; return try_to_wake_up(p, mode, sync); } try_to_wake_up是唤醒原语中核心部分,其具体代码如下: [html] view plain copy print? /*p被唤醒的进程描述符. **state被唤醒的进程的状态掩码 **sync禁止被唤醒的进程抢占本地CPU正在运行的进程 */ static int try_to_wake_up(task_t * p, unsigned int state, int sync) { int cpu, this_cpu, success = 0; unsigned long flags; long old_state; runqueue_t *rq; #ifdef CONFIG_SMP unsigned long load, this_load; struct sched_domain *sd; int new_cpu; #endif //关闭中断,并获取最后执行该进程的CPU(可能不同于本地CPU)的运行队列的锁 rq = task_rq_lock(p, &flags); schedstat_inc(rq, ttwu_cnt); old_state = p->state; if (!(old_state & state)) goto out; if (p->array) goto out_running; //最后执行该任务的CPU cpu = task_cpu(p); //本地CPU this_cpu = smp_processor_id(); /*对于多CPU系统,检查要被唤醒的进程是否应该从最近执行该进程的CPU的运行队列, **转移到另外一个CPU的运行队列. */ #ifdef CONFIG_SMP if (unlikely(task_running(rq, p))) goto out_activate; new_cpu = cpu; if (cpu == this_cpu || unlikely(!cpu_isset(this_cpu, p->cpus_allowed))) goto out_set_cpu; load = source_load(cpu); this_load = target_load(this_cpu); /* * If sync wakeup then subtract the (maximum possible) effect of * the currently running task from the load of the current CPU: */ if (sync) this_load -= SCHED_LOAD_SCALE; /* Don't pull the task off an idle CPU to a busy one */ if (load < SCHED_LOAD_SCALE/2 && this_load > SCHED_LOAD_SCALE/2) goto out_set_cpu; new_cpu = this_cpu; /* Wake to this CPU if we can */ /* * Scan domains for affine wakeup and passive balancing * possibilities. */ for_each_domain(this_cpu, sd) { unsigned int imbalance; /* * Start passive balancing when half the imbalance_pct * limit is reached. */ imbalance = sd->imbalance_pct + (sd->imbalance_pct - 100) / 2; if ((sd->flags & SD_WAKE_AFFINE) && !task_hot(p, rq->timestamp_last_tick, sd)) { /* * This domain has SD_WAKE_AFFINE and p is cache cold * in this domain. */ if (cpu_isset(cpu, sd->span)) { schedstat_inc(sd, ttwu_wake_affine); goto out_set_cpu; } } else if ((sd->flags & SD_WAKE_BALANCE) && imbalance*this_load <= 100*load) { /* * This domain has SD_WAKE_BALANCE and there is * an imbalance. */ if (cpu_isset(cpu, sd->span)) { schedstat_inc(sd, ttwu_wake_balance); goto out_set_cpu; } } } new_cpu = cpu; /* Could not wake to this_cpu. Wake to cpu instead */ out_set_cpu: schedstat_inc(rq, ttwu_attempts); new_cpu = wake_idle(new_cpu, p); if (new_cpu != cpu && cpu_isset(new_cpu, p->cpus_allowed)) { schedstat_inc(rq, ttwu_moved); set_task_cpu(p, new_cpu); task_rq_unlock(rq, &flags); /* might preempt at this point */ rq = task_rq_lock(p, &flags); old_state = p->state; if (!(old_state & state)) goto out; if (p->array) goto out_running; this_cpu = smp_processor_id(); cpu = task_cpu(p); } out_activate: #endif /* CONFIG_SMP */ if (old_state == TASK_UNINTERRUPTIBLE) { rq->nr_uninterruptible--; /* * Tasks on involuntary sleep don't earn * sleep_avg beyond just interactive state. */ p->activated = -1; } /* * Sync wakeups (i.e. those types of wakeups where the waker * has indicated that it will leave the CPU in short order) * don't trigger a preemption, if the woken up task will run on * this cpu. (in this case the 'I will reschedule' promise of * the waker guarantees that the freshly woken up task is going * to be considered on this CPU.) */ //将进程p加入目标CPU的可运行队列 activate_task(p, rq, cpu == this_cpu); /*如果没有设置sync标志(表示允许抢占),且目标CPU不是本地CPU,则检查p是否比rq运行队列中当前进程的动态优先级高. **即(p)->prio < (rq)->curr->prio,如果是,则调用resched_task()抢占rq->curr。 */ if (!sync || cpu != this_cpu) { if (TASK_PREEMPTS_CURR(p, rq)) /*在单CPU中,仅仅设置TIF_NEED_RESCHED标志.多CPU系统中,则检查相应标志,并使目标CPU重新调度 */ resched_task(rq->curr); } success = 1; out_running: //设置进程的状态 p->state = TASK_RUNNING; out: //释放rq的锁,并打开本地中断 task_rq_unlock(rq, &flags); return success; } #ifdef CONFIG_SMP //多CPU系统 static void resched_task(task_t *p) { int need_resched, nrpolling; BUG_ON(!spin_is_locked(&task_rq(p)->lock)); /* minimise the chance of sending an interrupt to poll_idle() */ nrpolling = test_tsk_thread_flag(p,TIF_POLLING_NRFLAG); need_resched = test_and_set_tsk_thread_flag(p,TIF_NEED_RESCHED); nrpolling |= test_tsk_thread_flag(p,TIF_POLLING_NRFLAG); if (!need_resched && !nrpolling && (task_cpu(p) != smp_processor_id())) //产生IPI,强制目标CPU重新调度 smp_send_reschedule(task_cpu(p)); } #else //单CPU系统 static inline void resched_task(task_t *p) { set_tsk_need_resched(p); } #endif 2.2.4、互斥等待 当调用wake_up唤醒等待队列时,等待队列上的所有进程都转置为可运行。在一些情况下,这种做法是正确的,比如等待某个特定的事件。但是在另外一些情况,可以提前知道只有一个被唤醒的进程能够成功的获取资源,比如等待临界区资源,其它的进程将再次睡眠。如果等待队列中的进程数量太大,将会严重影响系统性能,这就是所谓的thundering herd行为。为此,内核引入互斥等待,它与非互斥等待的区别如下: (1) 当一个等待队列入口有 WQ_FLAG_EXCLUSEVE 标志置位, 它被添加到等待队列的尾部. 没有这个标志的入口项, 相反, 添加到开始。 (2) 当 wake_up 被在一个等待队列上调用, 它在唤醒第一个有 WQ_FLAG_EXCLUSIVE 标志的进程后停止。 这样,进行互斥等待的进程一次只唤醒一个。使一个进程进入互斥等待是调用prepare_to_wait_exclusive完成的。 [html] view plain copy print? //kernel/wait.c void fastcall prepare_to_wait_exclusive(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait, int state) { unsigned long flags; //互斥标志 wait->flags |= WQ_FLAG_EXCLUSIVE; spin_lock_irqsave(&q->lock, flags); if (list_empty(&wait->task_list)) __add_wait_queue_tail(q, wait); /* * don't alter the task state if this is just going to * queue an async wait queue callback */ if (is_sync_wait(wait)) set_current_state(state); spin_unlock_irqrestore(&q->lock, flags); }
本文转自张昺华-sky博客园博客,原文链接:http://www.cnblogs.com/sky-heaven/p/5945877.html,如需转载请自行联系原作者
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