[[403799]]

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號(hào)「編程雜技」，作者theanarkh。轉(zhuǎn)載本文請(qǐng)聯(lián)系編程雜技公眾號(hào)。

我們可能都已經(jīng)聽過阻塞非阻塞的概念，本文以tcp中的connect系統(tǒng)調(diào)用為例子(基于1.12.13內(nèi)核，新版的原理類似，但是過程就很復(fù)雜了，有時(shí)間再分析)，分析阻塞和非阻塞是什么并且看他是如何實(shí)現(xiàn)的。話不多說，直接開始。

static int inet_connect(struct socket *sock, struct sockaddr * uaddr, 
      int addr_len, int flags) 
{ 
  struct sock *sk=(struct sock *)sock->data; 
  // 調(diào)用底層的連接函數(shù)，發(fā)一個(gè)syn包 
  err = sk->prot->connect(sk, (struct sockaddr_in *)uaddr, addr_len); 
  if (err < 0)  
    return(err); 
 
  // 還沒建立連接成功并且是非阻塞的方式，直接返回 
  if (sk->state != TCP_ESTABLISHED &&(flags & O_NONBLOCK))  
      return(-EINPROGRESS); 
  // 早期通過關(guān)中斷防止競(jìng)態(tài)情況 
  cli();  
  // 連接建立中，阻塞當(dāng)前進(jìn)程 
  while(sk->state == TCP_SYN_SENT || sk->state == TCP_SYN_RECV)  
  { 
    // 阻塞進(jìn)程 
    interruptible_sleep_on(sk->sleep); 
    // 連接失敗 
    if(sk->err && sk->protocol == IPPROTO_TCP) 
    { 
      sti(); 
      sock->state = SS_UNCONNECTED; 
      err = -sk->err; 
      sk->err=0; 
      return err; /* set by tcp_err() */ 
    } 
  } 
  sti(); 
  // 連接建立 
  sock->state = SS_CONNECTED; 
  // 返回成功 
  return(0); 
} 

我們看到connect函數(shù)首先會(huì)調(diào)用tcp層的函數(shù)發(fā)送一個(gè)sync包，然后根據(jù)socket的屬性(阻塞非阻塞，可以通過setsocketopt設(shè)置)做下一步處理，如果是非阻塞，那么就比較簡(jiǎn)單，直接返回給應(yīng)用層。這也是非阻塞+事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)中的做法。因?yàn)檫@種架構(gòu)下通常是單進(jìn)程的，要避免阻塞進(jìn)程，那么返回后什么時(shí)候才能知道連接成功呢?這就是epoll提供的機(jī)制，當(dāng)連接成功后，tcp層會(huì)通知epoll，epoll就會(huì)通知應(yīng)用層。下面我們繼續(xù)分析阻塞的過程，interruptible_sleep_on(sk->sleep)。我們看到socket中有一個(gè)sleep字段，該字段用于管理隊(duì)列。我們看看interruptible_sleep_on

void interruptible_sleep_on(struct wait_queue **p) 
{ 
  __sleep_on(p,TASK_INTERRUPTIBLE); 
} 
 
static inline void __sleep_on(struct wait_queue **p, int state) 
{ 
  unsigned long flags; 
  struct wait_queue wait = { current, NULL }; 
  current->state = state; 
  add_wait_queue(p, &wait); 
  save_flags(flags); 
  sti(); 
  schedule(); 
  remove_wait_queue(p, &wait); 
  restore_flags(flags); 
} 

這里我們只關(guān)注兩個(gè)地方add_wait_queue和schedule。add_wait_queue就是把一個(gè)節(jié)點(diǎn)插入隊(duì)列。我們看看wait_queue的定義。

struct wait_queue { 
    struct task_struct * task; 
    struct wait_queue * next; 
}; 

所以add_wait_queue執(zhí)行完之后架構(gòu)如下。

接著調(diào)用schedule調(diào)度其他進(jìn)程執(zhí)行，我們發(fā)現(xiàn)這時(shí)候當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)是TASK_INTERRUPTIBLE，所以是不會(huì)被調(diào)度執(zhí)行的。這就是進(jìn)程阻塞的原理，主要是兩個(gè)過程

1 加入等待隊(duì)列

2 讓出CPU，調(diào)度其他進(jìn)程執(zhí)行。

我們這個(gè)進(jìn)程什么時(shí)候被喚醒呢?我們從收到sync的回包開始分析。具體邏輯在tcp_rcv中。

if(sk->state==TCP_SYN_SENT) 
    { 
      /* Crossed SYN or previous junk segment */ 
      // 發(fā)送了syn包，收到ack包說明可能是建立連接的ack包 
      if(th->ack) 
     { 
        // 發(fā)送第三次握手的ack包，進(jìn)入連接建立狀態(tài) 
        tcp_send_ack(sk->sent_seq,sk->acked_seq,sk,th,sk->daddr); 
        tcp_set_state(sk, TCP_ESTABLISHED); 
        // 喚醒阻塞在connect函數(shù)的進(jìn)程 
        if(!sk->dead) 
        { 
          // 喚醒進(jìn)程 
          sk->state_change(sk); 
          // 給進(jìn)程發(fā)送SIGIO信號(hào) 
          sock_wake_async(sk->socket, 0); 
        } 
      } 
    } 

我們看到收到ack后，tcp層調(diào)用state_change回調(diào)，state_change的值是def_callback1。

static void def_callback1(struct sock *sk) 
{ 
  if(!sk->dead) 
    wake_up_interruptible(sk->sleep); 
} 

我們看到這里會(huì)調(diào)用wake_up_interruptible喚醒進(jìn)程。我們看看實(shí)現(xiàn)。

void wake_up_interruptible(struct wait_queue **q) 
{ 
  struct wait_queue *tmp; 
  struct task_struct * p; 
 
  if (!q || !(tmp = *q)) 
    return; 
  do { 
    if ((p = tmp->task) != NULL) { 
      if (p->state == TASK_INTERRUPTIBLE) { 
        p->state = TASK_RUNNING; 
        if (p->counter > current->counter + 3) 
          need_resched = 1; 
      } 
    } 
    tmp = tmp->next; 
  } while (tmp != *q); 
} 

我們看到wake_up_interruptible會(huì)喚醒所有進(jìn)程，這就是導(dǎo)致景群效應(yīng)的地方，新版內(nèi)核已經(jīng)處理了相關(guān)問題。另外我們看到，這里這是修改進(jìn)程為可執(zhí)行狀態(tài)，但是不會(huì)立刻調(diào)度，要等下一次進(jìn)程調(diào)度的時(shí)候才發(fā)生進(jìn)程調(diào)度。以上就是進(jìn)程阻塞和非阻塞的原理。