睡眠锁 (SleepLock)

SleepLock 是一种互斥锁，当任务尝试获取一个已被占用的锁时，它不会自旋空等，而是会将任务置于睡眠状态，并让出CPU给其他任务执行。

源码链接: os/src/sync/sleep_lock.rs

1. 工作原理

SleepLock 的实现依赖于调度器和 WaitQueue 机制。

1. 内部状态: SleepLock 内部包含一个布尔值 locked 表示锁状态，一个 RawSpinLock 用于保护 locked 字段本身，以及一个 WaitQueue 用于管理等待此锁的睡眠任务。

2. 获取锁 (lock): a. 任务尝试获取锁。它首先获取内部的 RawSpinLock。 b. 检查 locked 字段。如果锁未被占用 (false)，则将 locked 设置为 true，释放 RawSpinLock，获取锁成功。 c. 如果锁已被占用 (true)，任务会将自己加入到 WaitQueue 中，然后调用 sleep_task() 进入睡眠状态。在睡眠前，它会释放内部的 RawSpinLock。

3. 释放锁 (unlock): a. 持有锁的任务完成操作后调用 unlock()。 b. 它获取内部的 RawSpinLock，将 locked 设置为 false。 c. 调用 WaitQueue 的 wake_up_one() 方法，唤醒一个正在等待队列中睡眠的任务。 d. 释放 RawSpinLock。被唤醒的任务将有机会在下一次调度时运行，并再次尝试获取锁。

2. 核心接口

• pub fn new() -> Self: 创建一个新的 SleepLock。注意它不直接包裹数据，通常用于保护一段代码逻辑。
• pub fn lock(&mut self): 获取锁。如果锁被占用，将阻塞当前任务（使其睡眠）。
• pub fn unlock(&mut self): 释放锁，并唤醒一个等待者。

3. 适用场景

优点:

• 当锁的争用激烈或临界区执行时间较长时，它不会像自旋锁那样浪费CPU资源，而是通过任务调度提高了系统整体的吞吐量。

缺点:

• 涉及任务的睡眠和唤醒，有上下文切换的开销，因此比 SpinLock 更“重”。
• SleepLock 只能在任务上下文中使用，绝对不能在中断处理程序中使用，因为中断处理程序没有任务上下文，无法被调度或睡眠。

结论: SleepLock 适用于保护那些访问时间较长或可能发生阻塞的临界区。例如，文件系统操作、复杂的设备I/O等。