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UNIX操作系統的加鎖解鎖:等待事件及喚醒


加鎖和解鎖的基本思想是,當某個進程進入臨界區,它將持有一個某種類型的鎖(UNIX裡一般來說是semaphore,Linux裡一般是信號量和原子量或者spinlock)。當其他進程在該進程沒有釋放該鎖時試圖進入臨界區(加鎖),它將會被設置成睡眠狀態,然後被置入等待該鎖的進程隊列(某個優先級的)。當該鎖被釋放時,也就是解鎖事件發生時,內核將從等待該鎖的進程優先級隊列中尋找一個進程並將其置為就緒態,等待調度(schedule)。
在system v中,等待某一事件被稱為sleep(sleep on an event),因此下文將統一使用睡眠(sleep)。等待某事件也可以成為等待某個鎖。(注:本文中的sleep與sleep()系統調用不同)
系統的實現將一組事件映射到一組內核虛擬地址(鎖);而且事件不區別對待到底有多少進程在等待。這就意味著兩個不規則的事情:
一、當某個事件發生時,等待該事件的一組進程均被喚醒(而不是僅僅喚醒一個進程),並且狀態均被設置成就緒(ready-to-run)。這時候由內核選擇(schedule)一個進程來執行,由於system v內核不是可搶占的(Linux內核可搶占),因此其他的進程將一直在就緒狀態等待調度,或者再次進入睡眠(因為該鎖有可能被執行進程持有,而執行進程因為等待其他事件的發生而睡眠),或者等其他進程在用戶態被搶占。
二、多個事件映射到同一個地址(鎖)。假設事件e1和e2都映射到同一個地址(鎖)addr,有一組進程在等待e1,一組進程在等待e2,它們等待的事件不同,但是對應的鎖相同。假如e2發生了,所有等待e2的進程都被喚醒進入就緒狀態,而由於e1沒有發生,鎖addr沒有被釋放,所有被喚醒的進程又回到睡眠狀態。貌似一個事件對應一個地址會提高效率,但實際上由於system v是非搶占式內核,而且這種多對一映射非常少,再加上運行態進程很快就會釋放資源(在其他進程被調度之前),因此這種映射不會導致性能的顯著降低。
下面簡單闡述一下sleep和wakeup的算法。
//偽代碼
sleep(地址(事件),優先級)
返回值:進程能捕獲的信號發生導致的返回則返回1,當進程不能捕獲的信號發生時返回longjmp算法,否則返回0。
{
提高處理器執行等級以禁用所有中斷;//避免競態條件
將進程的狀態設置為睡眠;
根據事件將進程放入睡眠哈希隊列;//一般來說每個事件都有一個等待隊列
將睡眠地址(事件)及輸入的優先級保存到進程表中;
if (該等待是不可中斷的等待)
//一般有兩種睡眠狀態:可中斷的和不可中斷的。不可中斷的睡眠是指進程除了等待的事件外,
//不會被其他任何事件(如信號)中斷睡眠狀態,該情況不太常用。
{
上下文切換;//此處該進程執行上下文被保存起來,內核轉而執行其他進程
//在別處進行了上下文切換,內核選擇該上下文進行執行,此時該進程被喚醒
恢復處理器等級來允許中斷;
返回0;
}
// 被信號中斷的睡眠
if (沒有未遞送的信號)
{
上下文切換;
if (沒有未遞送的信號)
{
恢復處理器等級來允許中斷;
返回0;
}
}
//有未遞送的信號
若進程還在等待哈希隊列中,將其從該隊列移出;
恢復處理器等級來允許中斷;
if(進程捕獲該信號)
返回1;
執行longjmp算法;//這一段我也不明白
}
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