調(diào)用sleep時(shí)操作系統(tǒng)中發(fā)生什么了

相信不管你使用的是什么語(yǔ)言，或多或少都會(huì)調(diào)用過(guò)sleep函數(shù)，那么你知道當(dāng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)時(shí)操作系統(tǒng)中發(fā)生了什么嗎？今天就來(lái)簡(jiǎn)單聊聊這個(gè)問(wèn)題，這又是一個(gè)軟件與硬件配合的經(jīng)典案例。

假如我們沒(méi)有操作系統(tǒng)，那么sleep函數(shù)的實(shí)現(xiàn)可能就是忙等，busy wait，即，簡(jiǎn)單的在一個(gè)for循環(huán)中消耗CPU，但有操作系統(tǒng)的幫助我們大可不必浪費(fèi)寶貴的CPU資源。

大部分操作系統(tǒng)都提供了“sleep”系統(tǒng)調(diào)用，當(dāng)我們?cè)谟脩?hù)態(tài)不管用什么語(yǔ)言調(diào)用sleep時(shí)最終都會(huì)調(diào)用到該系統(tǒng)調(diào)用，系統(tǒng)調(diào)用后操作系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行，此時(shí)：

1, 操作系統(tǒng)暫停該進(jìn)程(線程)的執(zhí)行并改變其運(yùn)行狀態(tài)，比如將其設(shè)置為等待狀態(tài)

2，操作系統(tǒng)為該進(jìn)程(線程)創(chuàng)建一個(gè)計(jì)時(shí)器，操作系統(tǒng)是怎樣知道時(shí)間這個(gè)概念的呢？實(shí)際上很簡(jiǎn)單，假設(shè)你對(duì)時(shí)間一無(wú)所知，但我告訴你，你旁邊有一條可愛(ài)的小狗，它會(huì)一秒鐘汪汪汪一次，這樣每當(dāng)聽(tīng)到小狗汪汪汪時(shí)你就知道時(shí)間又過(guò)去了一秒鐘，同時(shí)在紙上記下來(lái)，這樣你就知道時(shí)間了。

回到我們這里，你就相當(dāng)于操作系統(tǒng)，小狗就好比計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中硬件-定時(shí)器，timer，定時(shí)器會(huì)以固定頻率產(chǎn)生中斷信號(hào)，發(fā)出中斷信號(hào)后操作系統(tǒng)開(kāi)始接管計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并開(kāi)始處理一些和時(shí)間相關(guān)事情，比如檢查該當(dāng)前進(jìn)程(線程)的時(shí)間片是否用盡、其它等待的線程是否需要喚醒等等。

3，操作系統(tǒng)檢測(cè)到該進(jìn)程(線程)定時(shí)器時(shí)間已到，將該進(jìn)程(線程)從等待狀態(tài)轉(zhuǎn)為可執(zhí)行狀態(tài)，注意此時(shí)該進(jìn)程(線程)可能不會(huì)立即執(zhí)行，即使該進(jìn)程(線程)已經(jīng)位于就緒狀態(tài)也要等待，因?yàn)榇藭r(shí)系統(tǒng)中可能有更高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程，又或者正在運(yùn)行的進(jìn)程其時(shí)間片還未用完。

所以我們可以看到，假設(shè)調(diào)用sleep給定的參數(shù)是1s，那么你的進(jìn)程并不會(huì)精確暫停1s然后再運(yùn)行，從調(diào)用sleep到再次運(yùn)行的時(shí)間一定不少于1s，也就是可能會(huì)稍多于1s，但一定不會(huì)少于1s。

在Linux系統(tǒng)中與sleep相關(guān)的系統(tǒng)調(diào)用最常見(jiàn)的是nanosleep，假設(shè)你有一段這樣的C語(yǔ)言代碼：

#include 
void main() {  
  sleep(1);
}

編譯后生成的可執(zhí)行程序叫做test，那么使用Linux下的strace命令運(yùn)行該程序就會(huì)得到：

$ strace test...nanosleep({tv_sec=1, tv_nsec=0}, 0

strace命令會(huì)把程序調(diào)用的所有系統(tǒng)調(diào)用都顯示出來(lái)，可以看到該程序最終調(diào)用nanosleep系統(tǒng)調(diào)用，接下來(lái)我們看看該系統(tǒng)調(diào)用的作用是什么，官方文檔：

nanosleep會(huì)暫停當(dāng)前線程的執(zhí)行直到經(jīng)過(guò)了參數(shù)指定的時(shí)間，或者出現(xiàn)某個(gè)signal，該signal觸發(fā)了該線程的信號(hào)handler又或者該信號(hào)終止了該進(jìn)程。

大部分用戶(hù)態(tài)語(yǔ)言調(diào)用sleep時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)部都是這樣實(shí)現(xiàn)的。

好啦，這篇就到這里，希望對(duì)大家理解操作系統(tǒng)有所幫助。