一文搞懂Linux進程的(de)睡(shui)眠和(he)喚醒
時間：2024-10-18 ; 來源：華清遠(yuan)見
一、常(chang)見的(de)進程狀(zhuang)態(tai)與(yu)理解
在(zai)操作系(xi)統內部，有專門用(yong)來管(guan)理進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)的結構體，叫做struct task_struct，也稱(cheng)作進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)控制塊（PCB），主要包(bao)含描(miao)述進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)的相(xiang)關(guan)信息，如(ru)進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)用(yong)戶、進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)狀態(tai)、進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)優先級(ji)、文(wen)件描(miao)述符（記錄(lu)當(dang)前進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)打開的文(wen)件）、主要進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)標識的進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)號和父進(jin)程(cheng)(cheng)(cheng)號：
進程(cheng)號（PID: Process Identity Number）：唯一的標識(shi)一個進程(cheng)，用于區分系(xi)(xi)統中的各(ge)個進程(cheng)并方便操(cao)作系(xi)(xi)統進行管理；
父進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)號：（PPID:Parent Process ID）：用于描述(shu)一個(ge)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)的(de)直接父進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)的(de)標(biao)識符，每(mei)個(ge)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)在創建(jian)時都會(hui)由(you)一個(ge)已有的(de)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)（即(ji)父進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)）生成(cheng)，這樣(yang)就形成(cheng)了進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)的(de)層(ceng)級結(jie)構。通過PPID，可以(yi)追蹤進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)的(de)來源，并了解進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)之間的(de)關(guan)系。
在(zai)PCB中記(ji)錄(lu)的(de)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)狀態，不過是一些(xie)整(zheng)(zheng)數(shu)，這個整(zheng)(zheng)數(shu)是多少就(jiu)代(dai)表進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)此時處(chu)于什么狀態。在(zai)CPU執(zhi)行(xing)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)時，通過找(zhao)到(dao)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)的(de)PCB，從而找(zhao)到(dao)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)的(de)代(dai)碼和(he)數(shu)據，進(jin)(jin)(jin)而去(qu)執(zhi)行(xing)這個進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)。下(xia)面列舉了一些(xie)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)(cheng)狀態：
注(zhu)意：沒有+時，默(mo)認是后臺進(jin)程
進程(cheng)調度（進程(cheng)狀態切換）
進(jin)(jin)(jin)程(cheng)創建后，進(jin)(jin)(jin)程(cheng)進(jin)(jin)(jin)入(ru)就緒(xu)態(tai)(tai)(tai)，當(dang)CPU調(diao)(diao)度(du)到此進(jin)(jin)(jin)程(cheng)時進(jin)(jin)(jin)入(ru)運行態(tai)(tai)(tai)，當(dang)時間(jian)片用完(wan)時，此進(jin)(jin)(jin)程(cheng)會進(jin)(jin)(jin)入(ru)就緒(xu)態(tai)(tai)(tai)，如(ru)果(guo)此進(jin)(jin)(jin)程(cheng)正在(zai)執行一些IO操作(zuo)(阻塞(sai)操作(zuo))會進(jin)(jin)(jin)入(ru)阻塞(sai)態(tai)(tai)(tai)，完(wan)成IO操作(zuo)（阻塞(sai)結束(shu)(shu)(shu)）后又(you)可進(jin)(jin)(jin)入(ru)就緒(xu)態(tai)(tai)(tai)，等待CPU的調(diao)(diao)度(du)，當(dang)進(jin)(jin)(jin)程(cheng)運行結束(shu)(shu)(shu)即進(jin)(jin)(jin)入(ru)結束(shu)(shu)(shu)態(tai)(tai)(tai)。
一、睡眠機(ji)(ji)制(zhi)(zhi)與喚醒機(ji)(ji)制(zhi)(zhi)
睡眠機制：
1）主動睡眠(mian)（Blocking Sleep）: 進程自(zi)愿(yuan)進入(ru)睡眠(mian)狀態，通常是通過系統(tong)調用如sleep()、wait()等(deng)。
2）被(bei)(bei)動睡眠（Interruptible Sleep）: 進程在等(deng)待某(mou)個條件滿足（如I/O操作），可以被(bei)(bei)信號喚(huan)醒。
Linux通過內核提供(gong)的(de)(de)系統調(diao)用來控(kong)制進程(cheng)的(de)(de)睡眠。常用的(de)(de)系統調(diao)用有：
sleep(): 使進(jin)程暫停指定的秒數。
usleep(): 使進程暫停指定的微秒數(shu)。
nanosleep(): 使進程暫(zan)停指定的納秒數(shu)。
Tips：睡眠機制幫助節省CPU資源(yuan)，尤其是在(zai)I/O密(mi)集型任(ren)務(wu)中；在(zai)可中斷睡眠狀(zhuang)態下，進(jin)程在(zai)收到(dao)信號(hao)時會被(bei)喚醒并處理信號(hao)。
喚醒機制
1）信號（Signal）: 進程(cheng)可以通(tong)過接受特定信號被喚醒。
2）條(tiao)件變(bian)量（Condition Variable）: 多(duo)線程(cheng)編程(cheng)中用于同步多(duo)個線程(cheng)的工具，可以讓一個線程(cheng)在(zai)某些條(tiao)件下睡眠并等(deng)待被喚醒。
Tips：喚醒機制可(ke)以(yi)通(tong)過信(xin)號、I/O事件和(he)線(xian)程同步原語（如條件變量）來有效管(guan)理進(jin)程和(he)線(xian)程的狀(zhuang)態，更好地利用系統資(zi)源，提高(gao)程序(xu)的響(xiang)應(ying)性與性能。
一、用法實例
1.進程睡(shui)眠(mian)示例：
使用 sleep() 函數(shu)讓進程(cheng)暫停(ting)執行(xing)一(yi)段時間
使(shi)用 usleep() 函數，使(shi)進程睡眠(mian)0.5秒，精(jing)確度更高
使用 nanosleep()，使進程睡眠1.5秒，可以精細控(kong)制時間
2.進程喚(huan)醒實例(li)：
使用信號喚(huan)醒進程，進程直到接收到 SIGUSR1 信號被喚(huan)醒。
使用 select() 函數等待I/O，如果在5秒內沒(mei)有輸(shu)入(ru)，select() 會返回(hui)，以便進(jin)(jin)程(cheng)被(bei)喚醒。若有輸(shu)入(ru)，則進(jin)(jin)程(cheng)也(ye)會被(bei)喚醒。
使(shi)用(yong)條(tiao)(tiao)件變(bian)量喚醒(xing)線(xian)程(cheng)，子線(xian)程(cheng)在條(tiao)(tiao)件變(bian)量上等待(dai)，直到(dao)主線(xian)程(cheng)調用(yong) pthread_cond_signal() 喚醒(xing)它。主線(xian)程(cheng)在等待(dai)2秒后，設置條(tiao)(tiao)件并(bing)喚醒(xing)子線(xian)程(cheng)。（已經描述(shu)到(dao)這里，線(xian)程(cheng)一并(bing)提及一下(xia)）
