sleep&wakeup

这里讲讲有关锁的基础知识点

1. coordination

为啥需要coordination？当我们在写线程代码时，有些场景需要等待一些特定的事件/条件，或者不同的线程之间需要交互，考虑这样一种情形：有一个进程从pipe中读数据，需要等待一个pipe不空的事件，所以就有：

void busy_wait()
{
 while (pipe is empty)
      ;
 // other things 
}

以上是busy wait（忙等待），即占用CPU并一直在spin。这浪费了CPU资源，因为很可能过了很久pipe内都不会有内容，而这些时间我们本可以做其他有意义的事。所以，我们通过switch函数调用的方式让出CPU，直到等待的事件发生再恢复执行。这就是coordination。coordination的实现方式有很多种，xv6使用的是sleep&wakeup。c语言线程库pthread使用的是semaphore（信号量），这一点在上一个lab介绍过了。

2. sleep和wakeup。

看看我们期望sleep&wakeup的功能：

void func1() 
{
  while (flag == 0) // flag == 1即表示等待的事件
      sleep(...);
  // other things
  flag = 0;
}

void func2()
{

  flag = 1;
  wakeup(...);
  // other things
}   

awakeup需要知道哪个/哪些进程是需要它唤醒的，所以sleep和wakeup时需要指定一个“暗号”channel。所以sleep和wakeup需要一个64bit的参数channel。

broken_sleep:

void sleep(void *chan)
{
p->state = SLEEPING;
p->chan = chan;
swtch();
// other things
}

为了保护flag这个不变量，需要在func1和func2加锁，这把锁称为 condition lock如下：

void func1() 
{
   acquire(&flag_lock);
   while (flag == 0) // flag == 1即表示等待的事件
       sleep(chan);
   // other things
   flag = 0;
   release(&flag_lock);
}

void func2()
{
   acquire(&flag_lock);
   flag = 1;
   wakeup(chan);
   release(&flag_lock);
   // other things
}

这样会造成一个问题：sleep切换到了其他进程，但是却保留了原进程的flag_lock，同时它需要等wakeup来唤醒，而wakeup又需要获取flag_lock，于是造成了死锁。解决方法是在sleep之前解锁，sleep结束后重新加锁：

void func1() 
{
  acquire(&flag_lock);
  while (flag == 0) { // flag == 1即表示等待的事件
      release(&flag_lock);        
      sleep(chan);
      acquire(&falg_lock);
  }
  // other things
  flag = 0;
  release(&flag_lock);
}

但是这样又有问题：wakeup可能发生在release和sleep之间，也就是说，wakeup看到了这样一种状态：锁被释放了，但是进程还没有进入到SLEEPING状态。需要消除这一段间隙，sleep需要将释放锁和设置进程为SLEEPING状态这两个行为合并为一个原子操作。怎么做呢，由于wakeup在唤醒某个进程之前，必须获取这个进程的锁，所以在sleep中可以先获取这个进程的锁，然后再释放condition lock，然后再将状态改为SLEEPING，最后switch。

void sleep(void *chan, struct spinlock *lk)
{
  acquire(*p->lock);
  release(&lk);
  p->state = SLEEPING;
  p->chan = chan;
  swtch();
  // other things
}

规则：

• 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（一个是condition lock，另一个是进程锁p->lock）才能查看进程

标签：lock,void,chan,flag,sleep,wakeup
来源： https://www.cnblogs.com/123chen-jiahui/p/16481579.html