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＜mutex＞注释 12：重新思考与猜测、补充锁的睡眠与唤醒机制，结合 linux0.11 操作系统代码的辅助（下）

article 2024/12/21 1:21:32

（60）继续分析，为什么 timed_mutex 可以拥有准时的等待时间：

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++逐步测试：

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++ 以及：

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++以及：

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++ 以及：

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++ 上面的例子里之所以这么编写。无论 timed_mutex 里的定时等待函数，还是条件变量 condition_variable 里的限时 wait_xx (…) 函数。最终都是调用上面的函数完成定时等待。所以手工为其凑齐了参数。直接调用了这个函数。

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（61） 列出简化版的 mutex 与 condition_variable 的源代码：

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++ 以及：

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++ 根据上面的大量的测试，结合 linux 0.11 上的进程睡眠与唤醒的规律，推测一下上图中这些不同底层函数的功能。锁 mutex 的加锁解锁，应该属于不可中断睡眠状态，task_uninterruptable 。这类睡眠由 mutex . unlock （）来唤醒等待锁的线程。条件变量是为了线程同步，避免线程的无意义的无序竞争锁，比如同一文件的读写线程之间的竞争，此情形就可以由条件变量来规范线程的睡眠与唤醒。调用了 condition_variable . wait （）的线程也会进入睡眠状态，但不是在锁上睡眠，而是在条件变量上睡眠，只可以由对应的 condition_variable . notify （）等函数来唤醒线程，然后这些被唤醒的线程再去竞争锁。所以在条件变量上睡眠的线程也属于在不可中断睡眠状态 task_uninterruptable 。因为锁有 80 字节的内存，条件变量有 72 字节的内存，所以锁与条件变量都可以记录其上的睡眠线程的 id 的，或者是线程控制块的地址 TCB ，以便于将来唤醒这些线程。条件变量上的定时睡眠，应该属于可中断睡眠状态 task_interruptable ，因为该线程要响应定时信号 SIGALRM ，以便在定时到时由操作系统唤醒，改为可运行状态 task_running 。但定时睡眠后，（包括条件变量上的无限睡眠状态 condition_variable . wait （）），从条件变量上醒来后的线程，都要去竞争锁 mutex ，得不到锁的线程，还会再次进入睡眠状态，改为在锁 mutex 上睡眠。下一次就不是条件变量来唤醒了，而是由锁 mutex . unlock（）来唤醒。而且也对应了另一句话，在条件变量上睡眠的线程在调用 wait（）前必须先持有锁。由条件变量释放锁后把线程放在条件变量上睡眠，条件变量上的睡眠线程，醒来后的第一件事就是参与锁的竞争。条件变量上的限时睡眠，也可以被提前唤醒，但若断言条件不满足，还会继续睡眠，直到把指定的时间用完。

（62）至此，基本理清了定时锁 timed_mutex 为什么具有精确的醒来功能了，不会超时睡眠。因为 timed_mutex 中的锁
timed_mutex . _My_mutex 是一直闲置的，不经常被加锁，所以定时睡眠的线程醒来后一定可以拿到这个锁。但 timed_mutex . _My_locked 这个整型数据的是否为 0 的语义，才表示临界资源是否空闲。锁 timed_mutex . _My_mutex 是为了在写 timed_mutex . _My_locked 时保护一下这个整形数据，然后就释放锁了。有点类似于双重锁定的功能与感觉。

类似的结构体设计，还有线程间共享数据，共享函数返回值的结构 _Associated_state《T》：

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++ 继续：

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++ 也给出上面图的代码版本：

template <class _Ty>
struct _State_manager // class future : public _State_manager<_Ty>
{
    _Associated_state<_Ty>* _Assoc_state; 
    bool _Get_only_once; 
// 当 本模板 作为 future        的父类时，_Get_only_once 为 true ；
// 当 本模板 作为 shared_future 的父类时，_Get_only_once 为 false
    void wait()  {   _Assoc_state->_Wait();   }

    template <class _Rep, class _Per> // wait for duration
    future_status 
    wait_for(const chrono::duration<_Rep, _Per>& _Rel_time)
    {   return _Assoc_state->_Wait_for(_Rel_time);    }

    template <class _Clock, class _Dur> // wait until time point
    future_status 
    wait_until(const chrono::time_point<_Clock, _Dur>& _Abs_time) 
    {   return _Assoc_state->_Wait_until(_Abs_time);  }
};

template <class _Ty>
class _Associated_state  //用于管理关联同步状态的类
{
    virtual void _Wait() {  
        unique_lock<mutex> _Lock(_Mtx);   
        _Maybe_run_deferred_function(_Lock);

        while (!_Ready)     _Cond.wait(_Lock); 
    }

    template <class _Rep, class _Per>   // wait for duration
    future_status _Wait_for( chrono::duration<_Rep, _Per>& _Rel_time)  {
        unique_lock<mutex> _Lock(_Mtx);
        if (_Has_deferred_function())    return future_status::deferred;

        if (_Cond.wait_for(_Lock, _Rel_time, _Test_ready(this)))     
            return future_status::ready;

        return future_status::timeout;
    }

    template <class _Clock, class _Dur>  // wait until time point
    future_status _Wait_until( chrono::time_point<_Clock, _Dur>& _Abs_time) {
        unique_lock<mutex> _Lock(_Mtx);
        if (_Has_deferred_function())       return future_status::deferred;

        if (_Cond.wait_until(_Lock, _Abs_time, _Test_ready(this)))    
            return future_status::ready;

        return future_status::timeout;
    }
};