Linux的阻塞與非阻塞

Linux的阻塞與非阻塞

在了解阻塞與非阻塞之前，先來了解下，阻塞與非阻塞是怎麼來的。

假設需要些一個應用程序，對一個設備進行讀寫。在應用層，在使用open的函數打開設備之後，會對設備進行read或者write的操作。

這時候會發生以下兩種種情況：

（1）設備可以讀寫成功；

（2）設備不可以讀寫成功；

注：讀寫不成功的原因可能是，設備不可以讀寫，也有可能是空間不夠不能夠讀寫。

讀寫不成功怎麼辦，是立即返回嗎？還是等待可以讀寫？當讀寫不成功，程序立即返回 ，這種方式叫作非阻塞；當程序讀寫不成功沒有立即返回，在等待可以讀寫成功，叫作阻塞。

小明與小紅的故事（1）

假設小明想約女朋友小紅今天晚上一起吃飯。

小明：“小紅今晚一起吃飯唄”

小紅有兩種回答，

（1）小紅：“可以沒問題。”

（2）小紅：“我很想今晚跟你去吃飯，但是今晚有事”。

這時候小明也有兩種回答

（1）小明：“哦，那就算了，下次吧”

（2）小明：“沒事啊，我等你，等你忙完，我們再一起去”。

小明的回答前者，下次再說屬於阻塞，後者等小紅忙完屬於非阻塞。也就是說，應用層在執行read或者write函數后，會調用驅動的read或者write函數，假設不能讀寫成功，應用程序會有兩種處理方式，（1）像小明一樣等待，等到設備有空進行read或者write，這個時候應用不做任何的事情，只是等待。（2）這次直接返回，下次在說。

在操作系統中，CPU都是比較重要的資源，任何一個程序要運行都是要經過CPU運算的，直接佔用CPU等待，那明顯就是浪費資源了。反正應用程序在的只是在等待資源，對於這種程序，操作系統讓它先進入休眠的，等到有資源了再將其喚醒。也就是說當應用程序以阻塞的方式訪問的設備的時候，當訪問不成功，應用程序不能一直在CPU等待，會進入休眠，等到設備可以讀寫了，進行應用程序的喚醒，再次執行還沒有執行完的操作。

小明與小紅的故事（2）

小明決定等待小紅后，假設小明在他哥們（小華）的一個飯店等小紅，於是去到哥們的飯館就霸佔一張大桌子，恰好那天哥們的飯館的人生意不錯，桌子不夠用。這時候小華就會找小明聊天。

小華：“小明，小紅還不知道什麼時候才來，你看現在桌子不夠用，那你先把桌子讓出來先，等下小紅來了。再把桌子給你。”

小明一聽，心裡想：“也是，平常小紅加班都要到九點多，現在才六點多，而且客人有多，佔這麼大的桌子不合適”

於是就小明讓出了桌子，先去逛商場了。

直到九點鐘，小紅來的時候，小華趕緊打個電話給小明叫回來，并找一張桌子給小明與小紅吃飯。

linux下是怎麼進入進程read和wirte函數是怎麼進行這一個阻塞的過程的

當應用程序不能實現read和write函數的時候，會讓出CPU（也就轉進程調度），直到設備可以進行了read和write的時候，將應用程序喚醒。繼續進行read和write的操作。因為應用程序只是選擇設備以阻塞或者非阻塞的方式打開，因此具體的阻塞與非阻塞方法需要在驅動中完成的。阻塞在驅動程序的實現，可以通過等待隊列來實現的。

先來理解下什麼是等待隊列

等待隊列：由循環實現，其元素包括指向進程描述符的指針，每個等待隊列都有個等待隊列的頭。抽象來說，存在是個環形的線，將等待隊列串起來，每個的等待隊列的頭，相當於鉤子，直接掛在環形的線上，等待隊列後面是一個個的進程（實際是並不是直接掛在著進程，而是進程指針，由進程指針指向進程）

實現阻塞的過程

（1）定義“等待序列頭”

wait_queue_head_t my_queue; 

（2）初始化等待隊列頭

init_waitqueue_head(&my_qeeue);

（3）定義隊列元素

DECLARE_WAIT_QUEUE(name,task);

（4）添加隊列元素

void add_wait_queue(wait_queue_head_t *p,wait_queue_head *wait);

（5）等待事件

void wait_even_interruptible(queue,condition);

（6）進行喚醒

wake_upinterruptible(wait_queue_head_t *p)

（7）將元素移出等待隊列

void remove_wait_queue(wait_queue_head_t *p,wait_queue_head *wait);