前言

?? 本文介紹進程的休眠與喚醒。

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1. 阻塞和非阻塞

?? 當應用程序對設備驅動進行操作時，如果不能獲取到設備資源，那么阻塞IO就會將應用程序掛起，直到設備資源可以獲取為止。其模式如下所示：

?? 應用程序調用read函數從設備中讀取數據，當設備不可用或數據未準備好的時候進入到休眠態，等設備可用就會從休眠態喚醒，然后從設備中讀取數據返回到應用程序。

?? 阻塞訪問最大的好處就是當設備文件不可操作時進程進入休眠態，可以把CPU資源讓出來。

?? 應用程序用阻塞IO訪問的代碼如下。默認讀取方式就是阻塞式訪問。

int fd;
int data = 0;fd = open("dev/xxx_dev", O_RDWR);			// 阻塞方式打開
ret = read(fd, &data, sizeof(data));		// 讀取數據

?? 非阻塞式IO中，應用程序對應的線程不會掛起，要么一直輪詢等待，直到設備資源可用，要么直接放棄，其模式如下：

?? 應用程序調用read函數從設備中獲取數據，當設備不可用或數據未準備好時會立即向內核返回一個錯誤碼，表示數據讀取失敗，應用程序會再次重新讀取數據，這樣循環往復，直到數據讀取成功。

?? 應用程序用阻塞IO訪問的代碼如下，主要在open函數的第二個參數上有變化：

int fd;
int data = 0;fd = open("dev/xxx_dev", O_RDWR | O_NONBLOCK);			// 阻塞方式打開
ret = read(fd, &data, sizeof(data));		// 讀取數據

2. 進程的幾種狀態

TASK_RUNNING： 正在運行或處于就緒狀態：就緒狀態是指進程申請到了CPU以外的其他所有資源，提醒：一般的操作系統教科書將正在CPU上執 行的進程定義為RUNNING狀態、而將可執行但是尚未被調度執行的進程定義為READY狀態，這兩種狀態在Linux下統一為 TASK_RUNNING狀態.
??
TASK_INTERRUPTIBLE： 處于等待隊伍中，等待資源有效時喚醒（比如等待鍵盤輸入、socket連接、信號等等），但可以被中斷喚醒.一般情況下，進程列表中的絕大多數進程都處于 TASK_INTERRUPTIBLE狀態.畢竟皇帝只有一個（單個CPU時），后宮佳麗幾千；如果不是絕大多數進程都在睡眠，CPU又怎么響應得過來.
??
TASK_UNINTERRUPTIBLE：處于等待隊伍中，等待資源有效時喚醒（比如等待鍵盤輸入、socket連接、信號等等），但不可以被中斷喚醒.
??
TASK_ZOMBIE:僵死狀態，進程資源用戶空間被釋放，但內核中的進程PCB并沒有釋放，等待父進程回收.
??
TASK_STOPPED:進程被外部程序暫停（如收到SIGSTOP信號，進程會進入到TASK_STOPPED狀態），當再次允許時繼續執行（進程收到SIGCONT信號，進入TASK_RUNNING狀態），因此處于這一狀態的進程可以被喚醒.

3. 等待隊列

?? 阻塞訪問中，如果設備不可操作的時候，進程進入休眠態，但當設備文件可以操作時就必須喚醒進程，一般在終端中完成喚醒工作。Linux內核提供等待隊列來實現阻塞進程的喚醒工作。

3.1 等待隊列頭

?? 如果要使用等待隊列，必須先新建并初始化一個等待隊列頭，等待隊列頭使用結構體wait_queue_head_t：

struct __wait_queue_head {spinlock_t lock;struct list_head task_list;
};
typedef struct __wait_queue_head wait_queue_head_t;

?? 定義好等待隊列頭后就使用函數init_waitqueue_head進行初始化。

/** @description: 初始化等待隊列頭* @param-q    : 要初始化的等待隊列頭* @return     : 無*/
void init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *q)

3.2 等待隊列項

?? 等待隊列頭是一個等待隊列的頭部，每個訪問設備的進程為一個隊列項，當設備不可用時將這些進程對應的等待隊列項添加到等待隊列中，用結構體wait_queue_t表示等待隊列項

struct __wait_queue {unsigned int flags;void *private;wait_queue_func_t func;struct list_head task_list;
};
typedef struct __wait_queue wait_queue_t;

?? DECLARE_WAITQUEUE 定義并初始化一個等待隊列項

// 定義并初始化一個等待隊列，name是等待隊列項的名字，tsk是該等待隊列項屬于哪個任務（進程），一般設置為current
DECLARE_WAITQUEUE(name, tsk)

?? 以下是添加等待隊列項的函數：

/** @description: 添加隊列項* @param-q    : 等待隊列項要加入的等待對獵頭* @param-wait : 要加入的等待隊列項* @return     : 無*/
void add_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

?? 以下是刪除等待隊列項的函數：

/** @description: 刪除隊列項* @param-q    : 要刪除等待隊列項的等待對獵頭* @param-wait : 要刪除的等待隊列項* @return     : 無*/
void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *q, wait_queue_t *wait)

?? 喚醒休眠態進程有兩個函數wake_up()和wake_up_interruptible()。

wake_up 可以喚醒處于TASK_INTERRUPTIBLE和TASK_UNINTERRUPTIBLE狀態的進程
wake_up_interruptible只可以喚醒處于TASK_INTERRUPTIBLE的進程

/** @description: 環境休眠態的進程* @param-q    : 要喚醒的等待隊列頭，其中的所有線程都會喚醒* @return     : 無*/
void wake_up(wait_queue_head_t *q)
void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *q)

?? 除了主動喚醒，也可以設置等待隊列等待某個事件來喚醒等待隊列的線程。

/** @description    : 當condition為真時，喚醒以wq為等待對獵頭的等待隊列，condition為假時，會一直阻塞。* 					此函數會將進程設置為TASK_UNINTERRUPTIBLE 狀態* @param-wq       : 要喚醒的等待隊列頭，其中的所有線程都會喚醒* @param-condition: 喚醒條件* @return         : 無*/
wait_event(wq, condition)

/** @description    : 功能和 wait_event 類似，但是此函數可以添加超時時間，以 jiffies 為單位* @param-wq       : 要喚醒的等待隊列頭，其中的所有線程都會喚醒* @param-condition: 喚醒條件* @param-timeout  : 超時時間* @return         : 0，表示超時時間到，而且 condition為假。1，表示 condition 為真，也就是條件滿足了*/
wait_event_timeout(wq, condition, timeout)

/** @description    : 與 wait_event 函數類似，但是此函數將進程設置為 TASK_INTERRUPTIBLE，就是可以被信號打斷*/
wait_event_interruptible(wq, condition)

/** @description    : 與 wait_event_timeout 函數類似，但是此函數將進程設置為 TASK_INTERRUPTIBLE，就是可以被信號打斷*/
wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout)

總結：使用等待隊列實現阻塞訪問重點注意兩點：

①、將任務或者進程加入到等待隊列頭
②、在合適的點喚醒等待隊列，一般都是中斷處理函數里面。

參考資料

[1] 【正點原子】I.MX6U嵌入式Linux驅區動開發指南 第五十二章

[2] linux內核任務調度-- wait_event