内核如何阻止读取和写入 sys 调用？

如何解决内核如何阻止读取和写入 sys 调用？

从我之前的问题 Does close() on socket on one end,closes on the other end as well? 我了解到，当一端发送 FIN 时，内核将停止阻塞读取（因为在 FIN 之后内核不再“期望”任何数据，因此它停止阻塞）。但问题是特定于套接字的。由于 read() 和 write() 可以用于任何文件描述符（任何设备类型，例如我可以从管道、套接字、字符设备等读取）。对于所有这些设备类型，内核都会进行某种阻塞。例如。通过管道，内核阻塞 read() 直到管道的写端被 close() ed（直到它不“期望”没有更多数据进入）。但问题是，如果内核根据设备类型进行“某种阻塞”，并自行决定何时“期望”某些数据，何时不，

1. “阻塞”部分是如何实现的？也就是说，进程如何在某个时刻停止它的执行并“等待”输入？ （这是“阻塞”的行为）。它是如何在内核级别实现的？ （我怀疑某种缓冲，但真的很想知道 exec 实现）

2. 如果内核可以阻止并停止进程的执行，我是否也可以在用户级别执行此操作？也就是说，我可以以某种方式以编程方式停止进程的执行，在某处创建随机缓冲区并等待来自其他进程的输入吗？这就是我询问内核实现的原因，因为我想在用户空间中模仿相同的行为。

如果可能的话，甚至提供一些关于内核部分的解释性资源（例如好书）（我猜是关于内核中的 IO 设备实现）。

解决方法

这个话题太广泛，无法深入讨论，但这里有一些基础知识。

主要有两件事可以停止进程：来自进程外部的中断和来自进程内部的某些指令，我将其称为陷阱指令。在这两种情况下，计算机处理器的行为在很大程度上是相似的：

• 每当进程执行时，处理器都会不断从内存中读取指令，执行这些指令，并维护有关进程的信息，包括要执行的下一条指令的地址以及包含进程数据的各种寄存器.
• 当中断或陷阱指令之一发生时，处理器保存下一条指令的地址和进程可能的一些其他数据，将一些内部处理器状态设置为特权模式，并将控制转移到（在）一个特殊地址处开始执行指令。

那个地址对于中断和陷阱可能是不同的，对于不同的中断和不同的陷阱可能是不同的。不管是什么，操作系统已经在那个地址放置了特​​殊的软件。是软件“处理”中断或陷阱（或跳转到执行此操作的软件）。

该软件保存处理器中被中断或被困进程的数据。它将它存储在操作系统为每个进程维护的一些数据结构中。

现在进程不再执行。操作系统正在执行，除非操作系统将该进程的数据从数据结构恢复到处理器寄存器，然后将控制权转移回进程的指令，否则该进程将不会再次执行。这是通过一些特殊的从中断返回或从陷阱返回指令来完成的，该指令执行为进程恢复处理器状态的最后一点，以便它可以从中断处恢复执行。

因此，操作系统阻止进程的方式只是不恢复它的执行。对于操作系统来说，进程主要是它操作的数据，它选择如何处理这些数据。

当进程试图从套接字读取时，它会调用一个包含陷阱指令的例程。该例程设置一些数据，表示进程想要从套接字读取，然后执行陷阱指令。陷阱导致进程停止执行，内核开始执行。内核中的陷阱处理程序查看例程传递的数据，并认为它是读取套接字的请求。它为此调用了一些其他软件。如果该软件发现套接字没有可用数据，它只会让进程暂停，然后返回内核中的其他软件。

然后内核通常会查看是否还有其他进程可以运行。如果是，它将选择其中之一并开始运行它。如果没有，它会将处理器置于低功耗模式以等待中断。

在未来的某个时间，一些数据可能会到达套接字。网络设备可能会向处理器生成中断，或者某些其他进程可能会调用例程来发送数据。无论系统以何种方式获取数据，当管理套接字的软件看到它有新数据时，它都会检查是否有进程在等待来自套接字的数据。如果是，它会告诉内核进程不再需要等待。如果没有其他东西阻止该进程，它将准备好运行。当内核决定轮到该进程再次使用处理器（或一个处理器，如果有多个可用）时，它将恢复上述进程。

您通常不能在用户代码中自己实现这些过程。他们需要对硬件的特权访问。操作系统通常为进程提供通信方式，您可以使用执行该通信的系统调用来实现类似的事情。