一文解讀Linux進(jìn)程凍結(jié)技術(shù)

1 什么是進(jìn)程凍結(jié)

進(jìn)程凍結(jié)技術(shù)（freezing of tasks）是指在系統(tǒng)hibernate或者suspend的時(shí)候，將用戶進(jìn)程和部分內(nèi)核線程置于“可控”的暫停狀態(tài)。

2 為什么需要凍結(jié)技術(shù)

假設(shè)沒(méi)有凍結(jié)技術(shù)，進(jìn)程可以在任意可調(diào)度的點(diǎn)暫停，而且直到cpu_down才會(huì)暫停并遷移。這會(huì)給系統(tǒng)帶來(lái)很多問(wèn)題：

（1）有可能破壞文件系統(tǒng)。在系統(tǒng)創(chuàng)建hibernate image到cpu down之間，如果有進(jìn)程還在修改文件系統(tǒng)的內(nèi)容，這將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)恢復(fù)之后無(wú)法完全恢復(fù)文件系統(tǒng)；

（2）有可能導(dǎo)致創(chuàng)建hibernation image失敗。創(chuàng)建hibernation image需要足夠的內(nèi)存空間，但是在這期間如果還有進(jìn)程在申請(qǐng)內(nèi)存，就可能導(dǎo)致創(chuàng)建失??；

（3）有可能干擾設(shè)備的suspend和resume。在cpu down之前，device suspend期間，如果進(jìn)程還在訪問(wèn)設(shè)備，尤其是訪問(wèn)競(jìng)爭(zhēng)資源，就有可能引起設(shè)備suspend異常；

（4）有可能導(dǎo)致進(jìn)程感知系統(tǒng)休眠。系統(tǒng)休眠的理想狀態(tài)是所有任務(wù)對(duì)休眠過(guò)程無(wú)感知，睡醒之后全部自動(dòng)恢復(fù)工作，但是有些進(jìn)程，比如某個(gè)進(jìn)程需要所有cpu online才能正常工作，如果進(jìn)程不凍結(jié)，那么在休眠過(guò)程中將會(huì)工作異常。

3 代碼實(shí)現(xiàn)框架

凍結(jié)的對(duì)象是內(nèi)核中可以被調(diào)度執(zhí)行的實(shí)體，包括用戶進(jìn)程、內(nèi)核線程和work_queue。用戶進(jìn)程默認(rèn)是可以被凍結(jié)的，借用信號(hào)處理機(jī)制實(shí)現(xiàn)；內(nèi)核線程和work_queue默認(rèn)是不能被凍結(jié)的，少數(shù)內(nèi)核線程和work_queue在創(chuàng)建時(shí)指定了freezable標(biāo)志，這些任務(wù)需要對(duì)freeze狀態(tài)進(jìn)行判斷，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)入freezing時(shí)，主動(dòng)暫停運(yùn)行。

kernel threads可以通過(guò)調(diào)用kthread_freezable_should_stop來(lái)判斷freezing狀態(tài)，并主動(dòng)調(diào)用__refrigerator進(jìn)入凍結(jié)；work_queue通過(guò)判斷max_active屬性，如果max_active=0，則不能入隊(duì)新的work，所有work延后執(zhí)行。

標(biāo)記系統(tǒng)freeze狀態(tài)的有三個(gè)重要的全局變量：pm_freezing、system_freezing_cnt和pm_nosig_freezing，如果全為0，表示系統(tǒng)未進(jìn)入凍結(jié)；system_freezing_cnt》0表示系統(tǒng)進(jìn)入凍結(jié)，pm_freezing=true表示凍結(jié)用戶進(jìn)程，pm_nosig_freezing=true表示凍結(jié)內(nèi)核線程和workqueue。它們會(huì)在freeze_processes和freeze_kernel_threads中置位，在thaw_processes和thaw_kernel_threads中清零。

fake_signal_wake_up函數(shù)巧妙的利用了信號(hào)處理機(jī)制，只設(shè)置任務(wù)的TIF_SIGPENDING位，但不傳遞任何信號(hào)，然后喚醒任務(wù)；這樣任務(wù)在返回用戶態(tài)時(shí)會(huì)進(jìn)入信號(hào)處理流程，檢查系統(tǒng)的freeze狀態(tài)，并做相應(yīng)處理。

任務(wù)主動(dòng)調(diào)用try_to_freeze的代碼如下：

static inline bool try_to_freeze_unsafe（void）

{

if （likely（！freezing（current））） //檢查系統(tǒng)是否處于freezing狀態(tài)

return false;

return __refrigerator（false）; //主動(dòng)進(jìn)入凍結(jié)

}

static inline bool freezing（struct task_struct *p）

{

if （likely（！atomic_read（&system_freezing_cnt））） //系統(tǒng)總體進(jìn)入freezing

return false;

return freezing_slow_path（p）;

}

bool freezing_slow_path（struct task_struct *p）

{

if （p-》flags & PF_NOFREEZE） //當(dāng)前進(jìn)程是否允許凍結(jié)

return false;

if （pm_nosig_freezing || cgroup_freezing（p）） //系統(tǒng)凍結(jié)kernel threads

return true;

if （pm_freezing && ！（p-》flags & PF_KTHREAD）） //系統(tǒng)凍結(jié)用戶進(jìn)程

return true;

return false;

}

進(jìn)入凍結(jié)狀態(tài)直到恢復(fù)的主要函數(shù)：bool __refrigerator（bool check_kthr_stop）

{

。..

for （;;） {

set_current_state（TASK_UNINTERRUPTIBLE）; //設(shè)置進(jìn)程為UNINTERRUPTIBLE狀態(tài)

spin_lock_irq（&freezer_lock）;

current-》flags |= PF_FROZEN; //設(shè)置已凍結(jié)狀態(tài)

if （！freezing（current） ||

（check_kthr_stop && kthread_should_stop（））） //判斷系統(tǒng)是否還處于凍結(jié)

current-》flags &= ~PF_FROZEN; //如果系統(tǒng)已解凍，則取消凍結(jié)狀態(tài)

spin_unlock_irq（&freezer_lock）;

if （?。╟urrent-》flags & PF_FROZEN）） //如果已取消凍結(jié)，跳出循環(huán)，恢復(fù)執(zhí)行

break;

was_frozen = true;

schedule（）;

}

。..。..

}

4 參考文獻(xiàn)

（1） http://www.wowotech.net/linux_kenrel/suspend_and_resume.html

（2） http://www.wowotech.net/linux_kenrel/std_str_func.html

（3） kenrel document： freezing-of-tasks.txt
編輯：hfy