Linux 里进程阻塞原理

2021-03-08 本文已影响0人爱健身的兔子

误区一：进程阻塞消耗 CPU 资源

我以前以为进程阻塞是不好的，比如 NIO 里 Socket socket = serverSocket.accept(); 会一直阻塞直到连接到来。程序要一直等待不能往下运行，感觉上是一个不好的事情。

其实，对于 CPU 来说，在这个进程阻塞的时候完全可以去跑别的程序。而对于上面的程序来说，这个阻塞也是有益的，它提供了一个等待的时间让程序能够等待连接到来。

你可能会想，进程阻塞了之后，CPU 会立马跑别的进程吗？CPU 还会回来尝试跑这个进程吗？这些问题都会影响 CPU 性能。

你需要了解 CPU 的时间片轮转机制解决第一个问题。

单核 CPU 在某一时刻只能跑一个进程。但小时候用的单核 CPU 的电脑一样可以“同时”运行多个程序，为什么？这是因为操作系统提供了一种CPU时间片轮转机制。

时间片轮转调度是一种最古老、最简单、最公平且使用最广的算法。每个进程被分配一个时间段,称作它的时间片,即该进程允许运行的时间。

如果在时间片结束时进程还在运行，则CPU使用权将被剥夺并分配给另一个进程。如果进程在时间片结束前阻塞或结束，则CPU当即进行切换。

由于切换的时间很短（大概为5毫秒），切片时间也很短（一般为100毫秒），以人的反应结果就是感觉多个程序同时运行，且没有停顿（切换的时间和在别的切片上的时间）。当然如果我们开多了程序，也会很直观的感觉卡，玩游戏的时候会把其它软件关掉，也有这个道理。

知道了 CPU 的时间片轮转机制，你就知道了程序阻塞了它的进程之后，CPU 会立马跑别的进程。

但是你想知道CPU 还会不会回来尝试跑这个进程，你需要知道工作队列和等待队列。

如下图所示，Linux 内核空间里会维持一个工作队列，因为时间片轮转机制，系统会在进程A、B、C等多个进程间切换着跑。

假如现在进程 A 里跑的程序有一个对象执行了某个方法将当前进程阻塞了，内核会立刻将进程A从工作队列中移除，同时在该对象里创建等待队列，并新建一个引用指向进程A。如下图：

从图中可以看到，进程A被排在了工作队列之外，不受系统调度了，这就是我们常说的被操作系统“挂起”。
这也提现了阻塞和挂起的关系。阻塞是人为安排的，让你程序走到这里阻塞。而阻塞的实现方式是系统将进程挂起。

当这个对象受到某种“刺激”（某事件触发）之后，操作系统将该对象等待队列上的进程重新放回到工作队列上就绪，等待时间片轮转到该进程。

所以，我们可以知道了上面第二个问题的答案，操作系统不会去尝试运行被阻塞的进程，而是由对象去等待某种“刺激”。

补充一点：这个“刺激”有的时候是说来就来的。操作系统在跑进程时，会有优先级的区别。而硬件产生的信号，CPU 收到后往往会直接中断正在执行的程序，去做出响应，执行中断程序，这个优先级是很高的。这也很好理解，我们的鼠标、键盘一有动作，计算机会立即给出反应，就是这个道理。

这两个误区对新手来说容易混淆，尤其是你在看完上面的文字之后容易进入这样的误区。

其实也很简单，系统资源不仅包括 CPU，还有内存、磁盘IO等。进程阻塞不会消耗 CPU 资源，当然不代表不会消耗系统资源。

而且进程正式系统进行资源分配的最小单位。进程虽然阻塞了，但仍然存在，存在就会占用系统资源。