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。

[zwhfly]

“但是另一个人开始工作，要么一分钟看下时间，要么五分钟看下时间，时间差不多了就唤醒。”这个事不需要 CPU 上跑代码去做。有外部硬件时钟在做，比如最早的 PC 机用的是 MC146818 芯片，可编程，在规定时间向 CPU 发硬件中断信号。

[codehz]

@squancher 没有黑魔法，一切都是循环（

[pmispig]

操作系统底层就是中断、轮询和回调咯

[zwhfly]

@zwhfly 更正一下，早期 PC 的 PIT 芯片是 8253，不是 MC146818。

[qiangmin]

信号亮，自旋锁，互斥锁等。

[qiangmin]

信号量，自旋锁，互斥锁等。

[zwhfly]

@squancher “就算硬件时钟给 CPU 发中断信号，硬件时钟同样得做时间判断，所以一句话就是能不能不通过循环，机器周期这些方法，有特殊的算法实现”
时序逻辑电路是计算机的基石，可以说一切都是晶振驱动的。

[zwhfly]

对于这些外设硬件芯片来说，受高频时钟信号驱动不停工作是它的常态，是很正常的，功耗寿命等都是设计时保证的。不需要担心。

[squancher]

@zwhfly 震荡周期和指令周期类似吗？

[zivyou]

1. linux 内核的 0 号进程，主体就是 C 语言的 for(;;){ schedule()}; 可以参见 linux-0.12 的源码。 同样，内核的调度核心 schedule()函数，是去遍历就绪进程队列(链表的遍历，但是若 list head 就满足，直接就可以返回)。
2. CPU 有一个叫时钟中断的东西。有一个硬件每隔一定时间(非常短，纳秒级)触发上升沿高电平，内核用 jiffies 计数。当然不是每次上升沿都引起时钟中断，通常是 1000 次触发一次时钟中断。也就是说，大约 1ms 一次时钟中断。
3. 在时钟中断的处理逻辑中，内核会调用 schedule()函数，这个函数会取就绪队列的一个进程，交出 CPU。
4. LZ 给出的代码，核心是内核的 workqueue 机制，workqueue 可以接受调度的、线程级:
prepare_to_wait(&wq, &__wait, TASK_UNINTERRUPTIBLE);
这个函数的意思是，将自己的 task struct 放入一个等待队列中(就是数据结构放入链表头的操作)，这个函数有个参数自己在放入等待队列的时候，将自己的进程状态设置成 TASK_UNINTERRUPTIBLE。进入该状态后，这个进程就不会被 schedule() 函数唤醒了。
后续想要解除这个进程(称为 a) 的阻塞，必须在另一个进程(称为 b)中，b 在一顿操作之后，发现满足了该 workqueue 的 condition, b 就会取挂在该 workqueue 等待队列上的一个进程 task_struct，修改其进程状态，然后调用 schedule()。
5. 比较绕是因为 schedule()函数、workqueue、中断这些概念缠在一起。这几个东西的设计上是非常棒的

大概就是这样，凭我已有的理解写的，细节上可能有偏颇

[squancher]

@zivyou 感谢，比较明了

[zwhfly]

@squancher “震荡周期和指令周期类似吗？”
类似的。
但 CPU 内部有倍频电路，所以指令周期短得多，纳秒级。
8253 的工作频率是 1.2MHz 左右。

[happilylb]

@squancher 二仙桥阻塞

[squancher]

@happilylb 这是什么算法，没谷歌到，不过成都二仙桥确实阻塞

[jsq2627]

@zivyou #70 补充，时钟中断只是其中一种方式，此外还有其他中断，例如 IO 中断、断电中断，也都会调起内核 handler

[caryqy]

@happilylb 哈哈哈，你最近两天的回答

[charlie21]

@happilylb 智慧树上智慧果 二仙桥连着你和我

[lewis89]

你听这些 v 友讲了这么多 ， 还不如读一下 深入理解计算机系统 跟 现代操作系统 的几个特定章节，说实话 这种问题别上论坛问，好好回去读书 才是正道。

[raiz]

CPU 中断机制

[imagecap]

看看进程调度管理相关资料。个人理解：不管是 sleep 还是 wait，他们的操作都是给当前线程或者进程设置睡眠或者挂起状态，进程调度会根据状态决定哪些该唤醒