xv6 中的一些系统调用（下）

〇、前言

本文将会结合源代码谈论 sleep、wakeup 这两个系统调用。

一、sleep()系统调用

以下是sleep()函数源码：

// Atomically release lock and sleep on chan.
// Reacquires lock when awakened.
void
sleep(void *chan, struct spinlock *lk)
{struct proc *p = myproc();// Must acquire p->lock in order to// change p->state and then call sched.// Once we hold p->lock, we can be// guaranteed that we won't miss any wakeup// (wakeup locks p->lock),// so it's okay to release lk.acquire(&p->lock);  //DOC: sleeplock1release(lk);// Go to sleep.p->chan = chan;p->state = SLEEPING;sched();// Tidy up.p->chan = 0;// Reacquire original lock.release(&p->lock);acquire(lk);
}

先来看看 lost wakeup 问题。当一个进程在 sleep() 时，如果 sleep() 了一半，状态还没来得及修改为SLEEPING，这时候发生了中断，并且被某些进程调用了 wakeup()，那么这个 wakeup()肯定不能把这个进程唤醒。而且，在被中断恢复后，它将永远等不到唤醒，因为唤醒已经错过。所以，在这里必须要正不可中断性和操作先后性。因为在下面就会看到 wakeup() 只唤醒状态为 SLEEPING 的进程。

因此我们必须保证，sleep() 是一个原子操作，在 sleep() 执行过程中，要么执行完全，要么没有被执行。所以这里必须加一个进程锁。所以在下面就会看到 wakeup() 中也会尝试获取休眠的进程锁。

在持有进程锁的时候，将进程的状态设置为 SLEEPING 并记录sleep channel，之后再调用 sched() 函数，这个函数中会再调用 swtch() 函数（而这会返回到 scheduler()函数中），此时 sleep() 函数中仍然持有了进程的锁，wakeup() 仍然不能做任何事情。

因此在 sleep()之后，这个锁必须释放。我们来看看细节：

void
scheduler(void)
{...swtch(&c->context, &p->context);// Process is done running for now.// It should have changed its p->state before coming back.c->proc = 0; // 返回的位置，此刻继续执行}release(&p->lock);...
}

在这里，它会继续执行上一次执行到的位置，即 c->proc = 0，然后执行 release(&p->lock)，也就是释放锁，而且释放的是 sleep() 中的当前进程的锁。（这一点不是很好理解，可以理解为用的上一个进程的代码释放当前进程的锁？总之，这些代码就冰冷冷的放在内存里，被 pc 不断地指一遍又一遍）。更有意思的是，在 sched() 函数返回之后，继续运行：

void
sleep(void *chan, struct spinlock *lk)
{...sched();// Tidy up.p->chan = 0; // 就绪执行的位置// Reacquire original lock.release(&p->lock);acquire(lk);
}

这里 release(&p->lock) 实际上释放的是 scheduler() 中选中的进程的锁。

所以在调度器线程释放进程锁之后，wakeup() 才能终于获取进程的锁，发现它正在 SLEEPING状态，并唤醒它。

这里的效果是由之前定义的一些规则确保的，这些规则包括了：

调用 sleep 时需要持有condition lock，这样 sleep 函数才能知道相应的锁；
sleep函数只有在获取到进程的锁 p->lock之后，才能释放 condition lock；
wakeup需要同时持有两个锁才能查看进程。

二、wakeup()调用

以下是 wakeup() 的源码：

// Wake up all processes sleeping on chan.
// Must be called without any p->lock.
void
wakeup(void *chan)
{struct proc *p;for(p = proc; p < &proc[NPROC]; p++) {if(p != myproc()){acquire(&p->lock);if(p->state == SLEEPING && p->chan == chan) {p->state = RUNNABLE;}release(&p->lock);}}
}

可以看到它的工作很简单，检查两个条件之后，就修改进程的状态为 RUNNABLE。

三、总结

这篇文章详细地介绍了 xv6 操作系统中的 sleep() 和 wakeup() 系统调用的实现原理以及相关的内部工作机制。主要强调了在 sleep() 中的原子操作性，确保了操作的完整性，以及在 wakeup() 中唤醒休眠进程的方式。

关于 `sleep()`：

强调了 sleep() 操作的原子性，使用进程锁确保 sleep() 操作是一个原子操作，避免了 “lost wakeup” 问题的发生。
通过释放持有的锁，让出 CPU 控制权，进入 SLEEPING 状态，然后释放进程锁，使得其他进程能够继续运行。
调度器在合适的时机恢复了进程的执行，完成 sleep() 操作。