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博客原文

阻塞 VS 掛起

內核的sleep()函數是在掛起原語的基礎上利用定時器實現的。

阻塞與掛起都是進程的狀態，但他們有一些相似之處，也有一些區別，下面先對他們進行概述，再進行比較

阻塞：正在執行的進程由于發生某時間（如I/O請求、申請緩沖區失敗等）暫時無法繼續執行。此時引起進程調度，OS把處理機分配給另一個就緒進程，而讓受阻進程處于暫停狀態，一般將這種狀態稱為阻塞狀態。

掛起：由于系統和用戶的需要引入了掛起的操作，進程被掛起意味著該進程處于靜止狀態。如果進程正在執行，它將暫停執行，若原本處于就緒狀態，則該進程此時暫不接受調度。

共同點：
1. 進程都暫停執行
2. 進程都釋放CPU，即兩個過程都會涉及上下文切換

不同點：
1. 對系統資源占用不同：雖然都釋放了CPU，但阻塞的進程仍處于內存中，而掛起的進程通過“對換”技術被換出到外存（磁盤）中。
2. 發生時機不同：阻塞一般在進程等待資源（IO資源、信號量等）時發生；而掛起是由于用戶和系統的需要，例如，終端用戶需要暫停程序研究其執行情況或對其進行修改、OS為了提高內存利用率需要將暫時不能運行的進程（處于就緒或阻塞隊列的進程）調出到磁盤
3. 恢復時機不同：阻塞要在等待的資源得到滿足（例如獲得了鎖）后，才會進入就緒狀態，等待被調度而執行；被掛起的進程由將其掛起的對象（如用戶、系統）在時機符合時（調試結束、被調度進程選中需要重新執行）將其主動激活

sleep()

之所以將sleep一起討論，是因為sleep是一個很常見的系統調用，在很多編程語言中，也有對應的函數，所以一起討論可以明白sleep的過程與阻塞和掛起在底層的效果又有哪些區別。

sleep()：進程、線程或任務(Linux中不區分進程與線程，都稱為task)可以sleep，這會導致它們暫停執行一段時間，直到等待的時間結束才恢復執行或在這段時間內被中斷。

OS中sleep()的實現

sleep()在OS中的實現的大概流程：
- 掛起進程（或線程）并修改其運行狀態
- 用sleep()提供的參數來設置一個定時器。
- 當時間結束，定時器會觸發，內核收到中斷后修改進程（或線程）的運行狀態。例如線程會被標志為就緒而進入就緒隊列等待調度。

PS：關于第二點在這里要介紹一些背景知識：可變定時器(variable timer)一般在硬件層面是通過一個固定的時鐘和計數器來實現的，每經過一個時鐘周期將計數器遞減，當計數器的值為0時產生中斷。內核注冊一個定時器后可以在一段時間后收到中斷。

在Linux下，sleep()的實現流程大概如下：

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <unistd.h>///時鐘編程 alarm() void wakeUp() {printf("please wakeup!!/n"); }int main(void) {printf("you have 4 s sleep!/n");signal(SIGALRM,wakeUp);alarm(4);//將進程掛起pause();printf("good morning!/n");return EXIT_SUCCESS;}

• 綜上所述，內核的sleep()函數是在掛起原語的基礎上利用定時器實現的。

  調用以下哪些方法可以使運行狀態的線程進入阻塞狀態?( )A．start( ),yield( ),sleep( ),join( )和wait( )B．start( ),yield( ),sleep( ),join( ),wait( )和stop( )C．yield( ),sleep( ),join( )和wait( )D．yield( ),sleep( ),join( ),wait( )和stop( )參考答案 正確答案：C 解析：運行狀態的進程如果調用了yield( )方法、sleep( )方法、 join( )方法或wait( )方法，或者申請對象鎖未果、有更高優先級線程進入調度等， 都可進入阻塞狀態。阻塞狀態的進程在獲取到足夠的資源后 ，也可以轉入到可運行狀態。

  編程語言中sleep()的實現

  首先希望大家都了解用戶線程和內核線程的概念。編程語言中的線程（用戶線程）與內核線程是有著一定的映射關系的。下面以Java為例，解釋一下用戶線程與內核線程的映射關系，不過多涉及實現細節。想要了解用戶線程和內核線程的關系模型，見 線程的三種實現模型

  Java線程API通常使用宿主系統的線程庫來實現，也就是說，在Windows中，Java線程使用Win32 API來實現，而在Linux和Unix系統中使用Pthread。而且，JVM規范并沒有指明Java線程如何被映射到底層的OS，而是讓特定的JVM實現來決定。例如，在Window XP中采用一對一模型，而對于Solaris系統，剛開始采用多對一模型，從Solaris 9開始采用多對多模型。

  看到這里大家應該明白了，用戶線程的sleep()正是利用內核提供的sleep()來實現的，沒有內核的支持，用戶線程也只能忙等直到規定的時間結束。

  參考資料：
  1. 《計算機操作系統（第四版）》，湯子瀛等著
  2. 《操作系統概念（第七版）》，Silberschatz等著，鄭扣根譯
  3. Quora 問答
  4. http://blog.csdn.net/freezgw1985/article/details/5631922
  5. https://en.wikipedia.org/wiki/Sleep_(system_call)
  6. http://man7.org/linux/man-pages/man3/sleep.3.html
  7. http://man7.org/linux/man-pages/man2/nanosleep.2.html
  8. http://man7.org/linux/man-pages/man2/alarm.2.html

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的OS中阻塞与挂起的区别sleep()的实现原理的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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