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＜mutex＞注释 11：重新思考与猜测、补充锁的睡眠与唤醒机制，结合 linux0.11 操作系统代码的辅助（上）

news 来源：原创 2025/7/12 18:57:51

（46）问题的起源：

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++ 因为上面的内核代码，我们编写多线程代码时，对手里的家伙事不那么自信。但我们知道，多线程在竞争锁时，若得不到锁，会进入睡眠，并会在被唤醒后重新尝试得到锁，一直到得到了锁，线程才会继续执行下面的代码。这种线程的睡眠与唤醒机制。参考 linux 0.11 里的进程睡眠与唤醒机制。给出 linux 0.11 的源代码。

（47） 寻找 linux 0.11 的睡眠与唤醒代码：

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++ 如图，在硬盘的读写过程中，对应硬盘块的内存块，是不允许被修改的。会被加锁。或者说，所有等待该内存块的进程，都会失去 CPU，被标记为 TASK_uninterruptable 状态。进程 PCB 的地址存储在 buffer_head . b_wait 成员里。最后由当前操作硬盘的进程依次唤醒所有等待的线程。

（48）下图是睡眠与唤醒的原理：

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（49）如下图，系统的内存缓冲区是有限的。可以接受的硬盘读写请求，也是有限的，最多 32 个，这时候，都会导致太多的进程请求去睡眠。

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（50）下图里介绍了 linux 0.11 设置的进程的几种状态。区别 task_interruptable 与 task_uninterruptable 。后者不可被随便唤醒，只等待的进程来唤醒。前者可以接受信号的唤醒，比如定时器信号的唤醒。

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（51） 定时睡眠的唤醒的原理支持如下。该睡眠会在进程调度时，触发进程收到一个定时器信号： SIGALRM 。该处于 task_interruptable 状态的进程就会恢复运行。

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（52）那么，进程会单纯因为时间而睡眠么？会的，下面的函数，就说明，进程会睡眠的，让出 CPU ，设置 task_struct . alarm 成员：

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++ 以及：

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++ 在定时中断中会维护这个定时器值。（同时下图也说明了，在 int 80H 与定时中断里，进程会响应信号量，这已经相当频繁了。）：

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++ 函数 do_timer ( ) 的源码：

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++ 结合上图，再修正一下语言，不是在 do_timer（）里完成进程的定时器逻辑。而是在时间中断 _timer_interrrupt 里递增了全局量 jiffres 。

（53）上面的分析，已经指出了 sleep（）睡眠，触发的信号量 SIGALRM 。那么进程如何进入 task_interruptable 状态呢？因为没有 sleep（）函数的源代码。但是知道 waitpid （）函数，也会使进程自身睡眠，并也进入 task_interruptable 状态：

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++ 以及 wait_pid（）。该函数里有对进程状态的设置：

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（54）以上关于定时睡眠的理论分析，基于 linux 0.11 。但也适用于，可以为现代的 C++ STL 库中的条件变量 conditon_variable 提供指导， cv 包含了关于时间的成员函数。举例如下：：

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++ 上图引用了模糊的内核函数，_Cnd_timedwait (…) ，因为没有其源代码，不清楚锁与定时睡眠引起的线程唤醒与睡眠的关系，才引出了本文的推导与求证，试图自圆其说，更接近一些真相。核心问题就是：线程没育抢到锁的时候，还会醒来么？加了定时睡眠呢？醒来后代码流程还会继续么？ unique_lock 在析构时候，如何处理锁呢？。

（55）通过以上的分析，得出的结论是** 定时睡眠，使进程进入了可中断睡眠状态。到时后会因为信号 SIGALRM 被唤醒，恢复进程的执行**。而在 linux 里，认为线程是轻量级的进程，这里试图类比线程为进程来理解线程。

（56）对于现代的 c++ STL 库里引起的代码逻辑，只可以用测试，来感觉里面的涉及操作系统的信号的，锁的，条件变量的代码逻辑。先给出第一版，这是最正确的，最简单的一版，随后再修改和复杂其中的逻辑：

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