進(jìn)程通過睡眠機(jī)制釋放CPU，以便CPU能夠處理其他進(jìn)程。進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)的原因可能是等待自己需要的資源釋放或者數(shù)據(jù)可用。

內(nèi)核調(diào)度器管理要運(yùn)行的任務(wù)列表，這被稱為運(yùn)行隊(duì)列。睡眠進(jìn)程會被從運(yùn)行隊(duì)列中移除，不再調(diào)度，除非睡眠進(jìn)程被喚醒。進(jìn)程一旦進(jìn)入睡眠，就會被放進(jìn)等待隊(duì)列，也就會釋放cpu的控制權(quán)，一定要確保有條件或者其他進(jìn)程能夠喚醒睡眠隊(duì)列。在內(nèi)核中，內(nèi)核提供了一組函數(shù)和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)降低了實(shí)現(xiàn)睡眠機(jī)制的難度。

阻塞I/O：第一階段進(jìn)行數(shù)據(jù)的查詢，若外設(shè)數(shù)據(jù)沒有就緒，進(jìn)程就會進(jìn)入睡眠，放入等待隊(duì)列，一旦外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，就會在中斷中喚醒對應(yīng)的進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行。

非阻塞I/O：第一階段進(jìn)程外設(shè)數(shù)據(jù)的查詢，若外設(shè)數(shù)據(jù)沒有就緒，進(jìn)程不會進(jìn)入睡眠，會返回錯誤，表示數(shù)據(jù)沒有準(zhǔn)備好，進(jìn)程便不再進(jìn)行讀寫操作。若進(jìn)程仍要繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)，就會使用select或者poll、epoll函數(shù)進(jìn)行輪詢，若一旦發(fā)現(xiàn)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，進(jìn)程就會完成read操作，進(jìn)行第二階段的讀寫操作。

阻塞IO和非阻塞IO都屬于同步IO，與之相對的還有異步IO，兩者的區(qū)別如下：

同步IO：在執(zhí)行IO過程中，會導(dǎo)致進(jìn)程被阻塞

異步IO：在執(zhí)行IO過程中，不會導(dǎo)致進(jìn)程被阻塞，進(jìn)程發(fā)出異步IO請求后，無論內(nèi)核中的數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，API都會立即返回，應(yīng)用程序不會阻塞，而是繼續(xù)執(zhí)行其他的邏輯代碼。當(dāng)數(shù)據(jù)在內(nèi)核中準(zhǔn)備好后，內(nèi)核會將數(shù)據(jù)從內(nèi)核空間拷貝到用戶空間中進(jìn)程指定的buffer中，拷貝完成后通過信號或者事件通知進(jìn)程。應(yīng)用程序在信號處理程序或者事件處理程序中獲取IO操作的結(jié)果，對IO操作結(jié)果的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

兩者主要的區(qū)別是：同步IO的IO訪問，進(jìn)程調(diào)用的API會查詢外設(shè)數(shù)據(jù)是否就緒，并根據(jù)這個(gè)結(jié)果來決定是否進(jìn)行外設(shè)數(shù)據(jù)的讀取。但是異步IO并不依賴所調(diào)用的API的返回結(jié)果，由內(nèi)核自動完成對外設(shè)數(shù)據(jù)狀態(tài)的檢查、將外設(shè)數(shù)據(jù)拷貝到進(jìn)程buffer以及對進(jìn)程發(fā)出通知。

??等待隊(duì)列

等待隊(duì)列實(shí)際上用于處理被阻塞的I/O，以等待特定條件成立，并感知數(shù)據(jù)和資源的可用性。相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義在include/linux/wait.h中：

這等待隊(duì)列的結(jié)構(gòu)體中，我們也能看到一個(gè)熟悉的老朋友 struct list_head，說明內(nèi)核也是使用鏈表來管理睡眠隊(duì)列。想要進(jìn)入睡眠的進(jìn)程都會被放進(jìn)鏈表中排隊(duì)并進(jìn)入睡眠狀態(tài)，知道其想要的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒，等待隊(duì)列可以看做簡單的進(jìn)程鏈表和鎖。

處理等待隊(duì)列的API

（1）靜態(tài)聲明

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD（name）

（2）動態(tài)聲明

wait_queue_head_t my_wait_queue;

init_waitqueue_head(&my_wait_queue);

等待隊(duì)列的動態(tài)聲明和靜態(tài)聲明與鏈表的聲明方式是類似的，都是內(nèi)存空間開辟的區(qū)別。

（3）阻塞

(4)解除阻塞

wait_event_interruptible、wake_up_interruptible和wake_up_interruptible_all都是可中斷的函數(shù)，可以被信號打斷，因此應(yīng)當(dāng)檢查他們的返回值，非零值意味著睡眠被某種信號中斷，驅(qū)動應(yīng)當(dāng)返回ERESTARTSYS.

與之相對的是，內(nèi)核中還有wait_event、wake_up和wake_up_all等待隊(duì)列處理函數(shù)，他們是不會被信號中斷的，以獨(dú)占等待的方式處理隊(duì)列中的進(jìn)程，這些函數(shù)只能應(yīng)用在關(guān)鍵任務(wù)中。

睡眠的進(jìn)程只有調(diào)用了阻塞解除處理函數(shù)才會被喚醒，否則將一直睡眠。

下面是一個(gè)等待隊(duì)列的例子（其中涉及到的運(yùn)行隊(duì)列在下一篇博文中學(xué)習(xí)）