一文搞懂Linux進程的睡眠和喚醒
時間：2024-10-18 來源：華清遠見
一、常見的進程狀態與理解
在操作系統內部，有專門用來管理進程的結構體，叫做struct task_struct，也稱作進程控制塊（PCB），主要包含描述進程的相關信息，如進程用戶、進程狀態、進程優先級、文件描述符（記錄當前進程打開的文件）、主要進程標識的進程號和父進程號：
進程號（PID: Process Identity Number）：唯一的標識一個進程，用于區分系統中的各個進程并方便操作系統進行管理；
父進程號：（PPID:Parent Process ID）：用于描述一個進程的直接父進程的標識符，每個進程在創建時都會由一個已有的進程（即父進程）生成，這樣就形成了進程的層級結構。通過PPID，可以追蹤進程的來源，并了解進程之間的關系。
在PCB中記錄的進程狀態，不過是一些整數，這個整數是多少就代表進程此時處于什么狀態。在CPU執行進程時，通過找到進程的PCB，從而找到進程的代碼和數據，進而去執行這個進程。下面列舉了一些進程狀態：
注意：沒有+時，默認是后臺進程
進程調度（進程狀態切換）
進程創建后，進程進入就緒態，當CPU調度到此進程時進入運行態，當時間片用完時，此進程會進入就緒態，如果此進程正在執行一些IO操作(阻塞操作)會進入阻塞態，完成IO操作（阻塞結束）后又可進入就緒態，等待CPU的調度，當進程運行結束即進入結束態。
一、睡眠機制與喚醒機制
睡眠機制：
1）主動睡眠（Blocking Sleep）: 進程自愿進入睡眠狀態，通常是通過系統調用如sleep()、wait()等。
2）被動睡眠（Interruptible Sleep）: 進程在等待某個條件滿足（如I/O操作），可以被信號喚醒。
Linux通過內核提供的系統調用來控制進程的睡眠。常用的系統調用有：
sleep(): 使進程暫停指定的秒數。
usleep(): 使進程暫停指定的微秒數。
nanosleep(): 使進程暫停指定的納秒數。
Tips：睡眠機制幫助節省CPU資源，尤其是在I/O密集型任務中；在可中斷睡眠狀態下，進程在收到信號時會被喚醒并處理信號。
喚醒機制
1）信號（Signal）: 進程可以通過接受特定信號被喚醒。
2）條件變量（Condition Variable）: 多線程編程中用于同步多個線程的工具，可以讓一個線程在某些條件下睡眠并等待被喚醒。
Tips：喚醒機制可以通過信號、I/O事件和線程同步原語（如條件變量）來有效管理進程和線程的狀態，更好地利用系統資源，提高程序的響應性與性能。
一、用法實例
1.進程睡眠示例：
使用 sleep() 函數讓進程暫停執行一段時間
使用 usleep() 函數，使進程睡眠0.5秒，精確度更高
使用 nanosleep()，使進程睡眠1.5秒，可以精細控制時間
2.進程喚醒實例：
使用信號喚醒進程，進程直到接收到 SIGUSR1 信號被喚醒。
使用 select() 函數等待I/O，如果在5秒內沒有輸入，select() 會返回，以便進程被喚醒。若有輸入，則進程也會被喚醒。
使用條件變量喚醒線程，子線程在條件變量上等待，直到主線程調用 pthread_cond_signal() 喚醒它。主線程在等待2秒后，設置條件并喚醒子線程。（已經描述到這里，線程一并提及一下）
