sleeplock.c

TIP

睡眠锁（Sleeping locks） 睡眠锁是一种同步原语，用于保护可能需要长时间持有的资源。 与自旋锁（spinlock）不同，当一个进程尝试获取一个已经被占用的睡眠锁时， 它不会在CPU上空转等待（spinning），而是会进入休眠状态（SLEEPING）， 将CPU让给其他可运行的进程。当锁被释放时，等待的进程之一会被唤醒。 这种机制适用于锁的持有时间可能较长的情况，例如在文件系统操作或I/O期间。 在这些场景下，让等待的进程休眠比空转更有效率，因为它避免了浪费CPU周期。 每个睡眠锁内部包含一个自旋锁，用于保护睡眠锁自身的状态（如locked字段）。 获取和释放睡眠锁的操作必须是原子的，这个内部自旋锁确保了这一点。

#include "types.h"
#include "riscv.h"
#include "defs.h"
#include "param.h"
#include "memlayout.h"
#include "spinlock.h"
#include "proc.h"
#include "sleeplock.h"

TIP

初始化一个睡眠锁。 @param lk: 指向要初始化的睡眠锁的指针。 @param name: 锁的名称，主要用于调试。

void
initsleeplock(struct sleeplock *lk, char *name)
{

TIP

初始化内部的自旋锁，该自旋锁用于保护睡眠锁自身的状态字段。

  initlock(&lk->lk, "sleep lock");
  lk->name = name;
  lk->locked = 0;
  lk->pid = 0;
}

TIP

获取（或“加锁”）指定的睡眠锁。 如果锁已经被其他进程持有，当前进程将会休眠，直到锁被释放。 @param lk: 指向要获取的睡眠锁的指针。

void
acquiresleep(struct sleeplock *lk)
{

TIP

首先获取内部的自旋锁，以确保对睡眠锁状态（lk->locked）的检查和修改是原子操作， 防止多个进程同时尝试获取该睡眠锁时产生竞态条件。

  acquire(&lk->lk);

TIP

循环检查锁是否被占用。

  while (lk->locked) {

TIP

如果锁已被占用（lk->locked为1），则调用sleep()函数让当前进程休眠。 sleep()函数会原子地执行两个操作： 1. 释放lk->lk这个自旋锁。 2. 将当前进程的状态设置为SLEEPING，并将其放入等待队列（等待在lk这个通道上）。 当有其他进程调用wakeup(lk)时，此进程会被唤醒，并从sleep()函数返回。 在返回之前，sleep()会重新获取lk->lk这个自旋锁。 这种原子操作避免了“丢失的唤醒”（lost wakeup）问题。

    sleep(lk, &lk->lk);
  }

TIP

当循环结束，说明锁当前未被占用，可以获取该锁。

  lk->locked = 1;
  lk->pid = myproc()->pid;

TIP

释放内部自旋锁，因为对睡眠锁状态的修改已经完成。

  release(&lk->lk);
}

TIP

释放指定的睡眠锁。 @param lk: 指向要释放的睡眠锁的指针。

void
releasesleep(struct sleeplock *lk)
{

TIP

获取内部自旋锁，以保证对睡眠锁状态的修改是原子的。

  acquire(&lk->lk);

TIP

修改锁的状态。

  lk->locked = 0;
  lk->pid = 0;

TIP

唤醒一个或多个正在该锁的通道（lk）上休眠的进程。 wakeup()会遍历进程表，将所有等待在lk通道上的进程状态从SLEEPING改回RUNNABLE。 虽然可能有多个进程被唤醒，但只有一个能首先通过acquiresleep中的循环并获得锁。 其他被唤醒的进程会在acquiresleep中重新检查lk->locked，发现锁又被占用了，于是会再次休眠。

  wakeup(lk);

TIP

释放内部自旋锁。

  release(&lk->lk);
}

TIP

检查当前进程是否持有指定的睡眠锁。 @param lk: 指向要检查的睡眠锁的指针。 @return: 如果当前进程持有该锁，返回1；否则返回0。

int
holdingsleep(struct sleeplock *lk)
{
  int r;
  

TIP

获取内部自旋锁，以安全地读取睡眠锁的状态。

  acquire(&lk->lk);

TIP

检查锁是否被标记为“已锁定”，并且持有锁的进程ID是否为当前进程的ID。

  r = lk->locked && (lk->pid == myproc()->pid);

TIP

释放内部自旋锁。

  release(&lk->lk);
  return r;
}