请问编程语言中阻塞机制在操作系统最底层是如何实现的？

[squancher]

首先大致问题如上，有以下两个疑问

• 场景：高级编程语言中的阻塞，如 socket，sleep 等

1. 有一种说法是程序阻塞不占用 CPU 资源。根据我所查阅到的资料，JAVA 为例，阻塞机制最后都到了 native 方法，也就是 C 语言实现，调用到了操作系统的方法（这个说法有点不准确），然后是关于 Linux 阻塞队列的原理，有一个 __wait_event 方法，具体如下：

#define __wait_event(wq, condition)
       do {
               DEFINE_WAIT(__wait);

               for (;;) {
                       prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
                       if (condition)
                               break;
                       schedule();
               }
               finish_wait(&wq, &__wait);
       } while (0)

然后就没有其它资料了,可以看到里面有一个死循环，所以底层是会用循环来判断是否满足条件？(感觉并没有到底层)那么这也是变相消耗系统资源了啊，有点像回调
2. 如果底层是使用循环来判断，那么例如定时器，操作系统是如何管理时间的？如果也是有循环，那么时间粒度是多少，1 毫秒？如果不是，如何判断时间到达？

感觉最底层一定不是我所猜测的这样，应该是有特殊的数据结构和方法。最后，不要说什么操作系统内核完成，我就是想学习一下原理，就算是汇编也想研究下，有懂的大佬能解下惑吗？或者给几个相关技术名词。

[robot1]

操作系统调度没有这么蠢 阻塞操作会导致任务调度器挂起进程，接下来当有中断或者信号时，再恢复进程。
简化版的任务调度可以研究一下各语言的协程实现
想要知道的更细可以看操作系统原理啊，大而全，专而深

[x1596357]

可以看看 Linux 内核调度器是怎么实现的和 yield 系统调用，执行 yield 后调度器选择另一个程序进行运行，并将当前程序加入调度等待队列。阻塞有阻塞队列，失去阻塞条件的时候被入调度等待队列。 至于调度时间粒度，看调度器设置，1ms 也有 100ns 也有，甚至还有 NoHz 调度器。固定时间的调度器由时钟中断驱动。

[xiadong1994]

schedule() 就是 call 调度器切换到其他进程，本进程就进到某个 event 的等待队列里去不会再被调度。event 发生以后 kernel 可能会唤醒一个或多个在等待的进程，唤醒其实就是把进程移到可执行的进程队列里面等待调度。

[squancher]

@robot1 主要疑惑点是如何恢复的，就算是通过信号来通知，那么如何判断何时条件满足，判断条件满足这个过程是什么，像 socket 一样，流来了就唤醒，要做到实时，他是怎么判断的，是不断循环吗？

[squancher]

@x1596357 Java 的 sleep 我测试出来结果是会多一毫秒，所以时间粒度可能是 1 毫秒吗？

[xiadong1994]

@squancher 对于网络流这种 IO 操作是靠硬件中断来的

[Michaelssss]

。。。CPU 不会停下来，只会不停的运行，只不过 CPU 的时间分配在各个进程 /线程之间，你可以认为，只要电脑开着，必然 CPU 是不断 FOR 循环

[augustheart]

粗糙地来说，就是相当于（相当于）用 sleep 一直等待，就是我们自己经常会写的那种。
并不是真正的不消耗资源，而是消耗的资源可以忽略不计。这也是编程中 no magic 的一个例证。
至于时间粒度，基本不需要考虑，在 windows 下我用 GetTickcount 计时，经常做了一大堆的读取操作（而且还大量执行内核操作）后得到的时间间隔为 0，对现代 cpu 来说，1 毫秒是相当之久的，现在 cpu 比我们想象的快很多。

[squancher]

看了下调度器，感觉只是实现进程的调度，还是不理解判断条件满足这个过程谁来完成，如何判断的，除了循环有其它方法吗
@x1596357
@xiadong1994
@Michaelssss

[hehheh]

interrupt 啊，原来上微机原理课讲过。

[codehz]

其实了解一些基本硬件提供的机制就可以理解这个问题了（当然要具体实现那是另一个问题）
首先我们知道硬件有中断，其中包括时钟中断和 IO 中断（和别的）
于是我们可以做什么呢，时钟中断可以用来切换运行中的线程（抢占式调度）
对应的 IO 中断就可以用来唤醒由于特定 IO 请求而睡眠的线程了！
（所以为什么要阻塞队列？因为有可能同时有好多线程有 IO 请求，总得设计一个结构去保存吧，然后请求来了就扫描一下看看谁可以被唤醒做事）
当然具体实现要复杂的多，比如 IO 中断怎么解析就是一个非常复杂的事情，解析好了也不是立即就唤醒的，除非是无阻塞 poll 模式，不然内核还要帮你把收到的数据填充到缓冲区（以 read 为例）

[zivyou]

阻塞这个词是相对进程的上下文来说的，内核只是将进程挂起，不让它继续参与调度。

[lihongjie0209]

不给你调度不就行了? 至于说什么时候唤醒可以是硬件中断, 时钟, 或者是软件中断

[gamexg]

google 搜索关键字 操作系统原理 sleep

sleep 大体还是和进程调度在一起的。

需要可以继续搜索 操作系统原理 进程调度。

[nevin47]

LZ 有兴趣可以看看 CPU 流水线的概念

你可以比较粗糙的理解，大部分硬件都是电信号的收发器和处理器，电信号的激励是由时钟来整体控制的

对于阻塞任务，在 CPU 上只需要将这部分任务上下文切到挂起的状态，然后任务数据换到内存的某个地方。接下来时钟继续不断刷新电路，可以理解 CPU 上面执行的是其他任务。

当挂起的条件达成的时候，下一个 cycle 刷新了挂起的寄存器，触发了中断，这个时候调度模块会重新切入这段任务，继续执行下去

[squancher]

@nevin47 我想知道“当挂起的条件达成的时候”这个过程，怎么实时判断达成条件

[nevin47]

@squancher 举个简单的例子

在某个神奇的单片机上，CPU 和系统共享一个硬时钟，时钟频率是 1Hz，也就是说一秒钟会从时钟刷新一次电信号

然后我们自己实现了一个 sleep(x)函数，这个函数会把 x 写到某个寄存器 reg_sleep 上，这个寄存器的特性是，每一次电信号刷新，寄存器会减 1(某些定时器的实现和这个类似)

然后我们还存在一个调度器，当每次刷新的时候，调度器如果发现 reg_sleep 的值从 0 变成非 0 了(某些中断的硬实现和这个类似)，调度器就会把当前的任务挂起，然后引入新的任务

然后过了 x 秒之后，reg_sleep 的值从非零归位成 0 了，这个时候调度器就把之前挂起的任务，重新切入，继续执行

上面就是一个非常粗糙但是比较简略的 sleep 实现

[zunceng]

看内核太费劲 建议把几种 IO 模型了解下 毕竟现在好多被吹成神的软件（ nodejs，nginx 等等） 很大的亮点就是应用了 IO 模型中的最优解

[lxk11153]

我觉得就是( @Michaelssss #7 )说的循环，其它人说的什么 sleep，调度，中断，信号等等我也整懵了，当然他们是可能出于更加全面理解操作系统这样的目的

@codehz #11 “扫描一下看看谁可以被唤醒做事” 我觉得楼主在问“怎么扫描” 是不是就是循环遍历一下“好多线程”所在的那个结构
@nevin47 #15-“继续不断刷新电路” #17-“调度器如果发现 reg_sleep” 调度器怎么发现？是不是就是循环一遍所有？

或者可以以“暴力密码破解”来理解，就是一个个试，对于系统就是 “循环接着从头循环接着从头循环接着从头循环”。至于循环什么，可能线程就对应线程 list/table(其它类似)
或者可以这样理解: Linux 下“一切皆文件” ，对于操作系统就是循环

ps. 以上我猜的，因为我不了解操作系统

[dongyx]

我自己的理解，就是循环。其他同学说的等待标记位变为某个值再唤醒，已经是 CPU+OS 封装之后应用层看到的现象了。操作系统会让进程休眠，但是内核会不断循环读取这个标志位，直到满足条件再把数据填入缓冲区并唤醒进程。