最新Linux進(jìn)程凍結(jié)技術(shù)需要了解

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)帶來很多問題：
(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)建失敗；
(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)程還在訪問設(shè)備，尤其是訪問競(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)休眠過程無感知，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可以通過調(diào)用kthread_freezable_should_stop來判斷freezing狀態(tài)，并主動(dòng)調(diào)用__refrigerator進(jìn)入凍結(jié)；work_queue通過判斷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 (!(current->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

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