進(jìn)程管理6進(jìn)程通信.ppt

1,3.6 進(jìn)程通信(communication),進(jìn)程通信：指進(jìn)程間的信息交換。 按通信內(nèi)容可以劃分為2種 低級(jí)通信：進(jìn)程之間控制信息的交換稱(chēng)為低級(jí)通信。 一般只傳送一個(gè)和幾個(gè)字節(jié)的信息，達(dá)到控 制進(jìn)程執(zhí)行速度的作用。（進(jìn)程的同步和互斥） 信號(hào)量機(jī)制作為同步工具是卓有成效的，但作為通訊工具則不夠理想，（效率低。通訊對(duì)用戶(hù)不透明。） 高級(jí)通信：用戶(hù)可以直接利用操作系統(tǒng)所提供的一組通信命令，高效地傳送大量數(shù)據(jù)的一種通信方式。,2,進(jìn)程的同步與互斥是一種通訊方式，一進(jìn)程可通過(guò)修改變量或信號(hào)量告知另一進(jìn)程，它是否可以繼續(xù)執(zhí)行下去，利用生產(chǎn)者消費(fèi)者算法，生產(chǎn)者進(jìn)程可以傳送一批數(shù)據(jù)給消費(fèi)進(jìn)程，或者說(shuō)生產(chǎn)者通過(guò)緩沖區(qū)與消費(fèi)者進(jìn)行通訊，但P、V操作只能傳遞信號(hào)，信號(hào)本身不包含任何數(shù)據(jù)，而進(jìn)程不當(dāng)還容易導(dǎo)致進(jìn)程死鎖，因此，稱(chēng)這些同步機(jī)構(gòu)為低級(jí)通訊機(jī)構(gòu).,3,進(jìn)程通信的類(lèi)型 一、單機(jī)系統(tǒng)中進(jìn)程間通信的四種形式 P62 主從式、會(huì)話(huà)式、消息或郵箱機(jī)制、共享存儲(chǔ)區(qū)方式 二、高級(jí)通訊機(jī)制類(lèi)型 1 共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)(Shared-Memory System) 2 消息傳遞系統(tǒng)(Message passing System) 3 管道(pipe)通信系統(tǒng),4,1 共享存儲(chǔ)器系統(tǒng),共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)：相互通訊的進(jìn)程通過(guò)共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行通訊，因而可進(jìn)一步分為： 基于共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通訊方式；（低效，只適于傳遞少量數(shù)據(jù)） 基于共享存儲(chǔ)區(qū)的通訊方式。為了傳送大量數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)區(qū)中劃出一塊共享存儲(chǔ)區(qū)，諸進(jìn)程可通過(guò)對(duì)共享存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行讀或?qū)憯?shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)通訊。,向系統(tǒng)申請(qǐng)共享存儲(chǔ)區(qū)中的一個(gè)分區(qū) 指定該分區(qū)的關(guān)鍵字 如果已經(jīng)給其他進(jìn)程分配了這樣的存儲(chǔ)區(qū)， 將使用分區(qū)的描述符返回給申請(qǐng)者 4 申請(qǐng)者將申請(qǐng)到的共享分區(qū)掛到本進(jìn)程上,返回,5,2 消息傳遞系統(tǒng),在消息傳遞系統(tǒng)中，進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換是以消息(message，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中又稱(chēng)報(bào)文)為單位。程序員直接利用系統(tǒng)提供的一組通訊命令（原語(yǔ)）來(lái)實(shí)現(xiàn)通訊。 因其實(shí)現(xiàn)方法的不同，又可分為,直接通信方式（消息緩沖機(jī)制） 間接通信方式（信箱通信方式）,6,直接通信方式： 發(fā)送進(jìn)程直接將消息發(fā)送給接收進(jìn)程，并將它掛在接收進(jìn)程的消息緩沖隊(duì)列上。接收進(jìn)程從消息緩沖隊(duì)列中取得消息。故稱(chēng)為消息緩沖機(jī)制。 間接通信方式： 發(fā)送進(jìn)程將消息發(fā)送到某個(gè)中間實(shí)體（一般稱(chēng)為信箱）中，接收進(jìn)程從中取得消息，所以稱(chēng)為信箱通訊方式，相應(yīng)地系統(tǒng)稱(chēng)為電子郵件系統(tǒng)。,7,消息緩沖機(jī)制（直接通信）,發(fā)送進(jìn)程,在自己的內(nèi)存空間設(shè)置一個(gè),把要發(fā)送的消息填入發(fā)送區(qū),發(fā)送區(qū),接收區(qū),接收進(jìn)程,在自己的內(nèi)存 空間設(shè)置一個(gè),公用緩沖區(qū),兩通信進(jìn)程必須滿(mǎn)足下列條件 在發(fā)送進(jìn)程把消息寫(xiě)入緩沖區(qū)和把緩沖區(qū)掛入消息隊(duì)列時(shí)， 應(yīng)禁止其他進(jìn)程對(duì)緩沖區(qū)消息隊(duì)列的訪(fǎng)問(wèn)。同理，接收進(jìn)程取消息時(shí)也禁止其他進(jìn)程訪(fǎng)問(wèn)緩沖區(qū)消息隊(duì)列 2 當(dāng)緩沖區(qū)中沒(méi)有信息存在時(shí)，接收進(jìn)程不能接收到任何消息,8,消息的一般形式 消息緩沖通訊技術(shù)由Hansen 首先提出的，基本思想是：根據(jù)“生產(chǎn)者消費(fèi)者關(guān)系”原理，利用公用消息緩沖區(qū)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的信息交換。 發(fā)送進(jìn)程先申請(qǐng)一個(gè)消息緩沖區(qū)，寫(xiě)入消息后把該消息緩沖區(qū)送入接收進(jìn)程的消息隊(duì)列中，通知接收進(jìn)程。接收進(jìn)程從消息隊(duì)列中摘下一消息緩沖區(qū)，取出所需要的信息。,9,消息的一般形式: 發(fā)送消息的進(jìn)程名 接收消息的進(jìn)程名 消息長(zhǎng)度 消息正文,10,消息緩沖通訊機(jī)構(gòu)包含下列內(nèi)容： 消息緩沖區(qū)是一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 用Pascal 描述為： type msg=recorod sender： 消息發(fā)送者名 size： 消息長(zhǎng)度 Text： 消息正文 Next： 下一個(gè)消息的鏈指針,發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程 發(fā)送原語(yǔ)Send（）和接收原語(yǔ)receive（） 設(shè)公用信號(hào)量mutex，并置初值為1 設(shè)SM為接收進(jìn)程的私用信號(hào)量，置初值為0,Send(m) begin 向系統(tǒng)申請(qǐng)一個(gè)消息緩沖區(qū) P(mutex) 使用公用緩沖區(qū) 將發(fā)送區(qū)消息m送入新申請(qǐng)的消息緩沖區(qū) 把消息緩沖區(qū)掛入接收進(jìn)程的消息隊(duì)列 V(mutex) 釋放緩沖區(qū) V(SM) 向接收進(jìn)程發(fā)送消息 end,Receive(m ) begin P(SM) 等待接的消息的個(gè)數(shù) P(mutex) 使用公用緩沖區(qū) 摘下消息隊(duì)列中的消息m 將消息隊(duì)列m從緩沖區(qū)復(fù)制到接收區(qū) 釋放緩沖區(qū) V(mutex) 釋放公用緩沖區(qū) end,12,郵箱通信（間接通信）,1 信（郵）箱 信箱是一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，邏輯上它分成兩部分：信箱頭和由若干格子組成的信箱體。 信箱中每個(gè)格子存放一封信，信箱中格子的數(shù)目和每格的大小在創(chuàng)建信箱時(shí)確定。 進(jìn)程間的通信要滿(mǎn)足如下條件： a.發(fā)送進(jìn)程發(fā)送消息時(shí)，郵箱中至少要有一個(gè)空格存放該消息。 b.接收進(jìn)程接收消息時(shí)，郵箱中至少要有一個(gè)消息存在。,13,信箱可由OS創(chuàng)建，也可由用戶(hù)進(jìn)程創(chuàng)建，創(chuàng)建者是信箱的擁有者，據(jù)此可把信箱分為：私用信箱，公用信箱，共享信箱。 在利用信箱通信時(shí)，在發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程之間，存在著四種關(guān)系： 一對(duì)一關(guān)系：即可以為發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程建立一條專(zhuān)用的通信鏈路； 多對(duì)一關(guān)系：允許提供服務(wù)的進(jìn)程與多個(gè)用戶(hù)進(jìn)程進(jìn)行交互，也稱(chēng)客戶(hù)/服務(wù)器交互； 一對(duì)多關(guān)系：允許一個(gè)發(fā)送進(jìn)程與多個(gè)接收進(jìn)程交互，使發(fā)送進(jìn)程用廣播的形式，發(fā)送消息； 多對(duì)多關(guān)系：允許建立一個(gè)公用信箱，讓多個(gè)進(jìn)程都能向信箱投遞消息，也可取走屬于自己的消息。,14,發(fā)送進(jìn)程 A,接收進(jìn)程 B,Deposite(m),Remove(m),郵箱通信結(jié)構(gòu),郵箱頭：郵箱名稱(chēng)、郵箱大小、擁有該郵箱的進(jìn)程名,郵箱體：存放消息,使用郵箱的時(shí)候應(yīng)該滿(mǎn)足： 發(fā)送進(jìn)程發(fā)送消息時(shí)，郵箱中至少要有一個(gè)空格能存放該消息 接收進(jìn)程接收消息時(shí)，郵箱中至少有一個(gè)消息存在,15,該發(fā)送進(jìn)程調(diào)用過(guò)程deposit(m)將消息發(fā)送到郵箱，接收進(jìn)程調(diào)用過(guò)程remove(m),將消息m從郵箱中取出。 Fromnum發(fā)送進(jìn)程的私用信號(hào)量。記錄信箱空格，初值為n Mesnum接收進(jìn)程的私用信號(hào)量。記錄信箱有消息的個(gè)數(shù) 初值為0,16,Fromnum記錄信箱空格，初值為n Mesnum記錄信箱有消息的個(gè)數(shù) 初值為0 Deposit(m); Begin local x P(fromnum) 空格數(shù)減1 選擇空格x 將消息m放入空格x中 置格x的標(biāo)志為滿(mǎn) V(mesnum) 向接收進(jìn)程發(fā)送消息 end 消息個(gè)數(shù)1,Remove (m) being local x P(mesnum) 消息個(gè)數(shù)加1 選擇滿(mǎn)格x 把滿(mǎn)格x中的消息取出放m中 置格x標(biāo)志為空 V(mesnum) 空格個(gè)數(shù)加1 end,返回,17,3.6.5 進(jìn)程通信的例管道 管道（pipe）通訊由UNIX首創(chuàng)的一種借助文件和文件系統(tǒng)形成的一種通信方式，。由于其有效性，一些系統(tǒng)繼UNIX之后相繼引入了管道技術(shù)，如pc-dos，管道通信將成為進(jìn)程通訊的一種重要方式。 消息緩沖通信機(jī)構(gòu)是以?xún)?nèi)存緩沖區(qū)為基礎(chǔ)。 管道是以文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)。 有名管道 無(wú)名管道,18,管道 是指用于連接一個(gè)讀進(jìn)程和一個(gè)寫(xiě)進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)它們之間通信的共享方式，又稱(chēng)pipe文件。 向管道（共享文件）提供輸入的發(fā)送進(jìn)程（即寫(xiě)進(jìn)程），以字符流形式將大量的數(shù)據(jù)送入管道；而接收管道輸出的接收進(jìn)程（即讀進(jìn)程），可從管道接收數(shù)據(jù)，由于發(fā)送和接收都是利用管道進(jìn)行通信的，故稱(chēng)為管道通信。,19,為了協(xié)調(diào)雙方的通信，管道通信機(jī)制必須提供以下三方面的協(xié)調(diào)能力： 互斥。一個(gè)進(jìn)程正在對(duì)pipe進(jìn)行讀/寫(xiě)操作時(shí)，另一進(jìn)程必須等待。 同步。當(dāng)寫(xiě)（輸入）進(jìn)程把一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寫(xiě)入pipe后，便去睡眠等待，直到讀（輸出）進(jìn)程取走數(shù)據(jù)將其喚醒；當(dāng)讀進(jìn)程讀一空pipe，也應(yīng)睡眠等待，直至寫(xiě)進(jìn)程將數(shù)據(jù)寫(xiě)入管道，才將其喚醒。 對(duì)方是否存在。只有確定對(duì)方已存在時(shí)，才能進(jìn)行管道通信，否則會(huì)造成因?qū)Ψ讲淮嬖诙鵁o(wú)限期等待。,20,管道通信的思想 （1）發(fā)送進(jìn)程可以源源不斷的從pipe一端寫(xiě)入數(shù)據(jù)流，在規(guī)定的pipe文件的最大長(zhǎng)度（如4096字節(jié)）范圍內(nèi)，每次寫(xiě)入的信息長(zhǎng)度是可變的 （2）接收進(jìn)程在需要時(shí)可以從pipe的另一端讀出數(shù)據(jù)，讀出單位長(zhǎng)度也是可變的,21,1 Pipe的建立和使用方式 pipe 文件在使用之前，必須先由使用者建立并打開(kāi)， 建立pipe的主要工作是在系統(tǒng)打開(kāi)文件表中建立該pipe的兩個(gè)表目， 一個(gè)表目用于控制該pipe的寫(xiě)操作（寫(xiě)入端） 另一表目用于控制該pipe的讀操作（讀出端）此時(shí)，pipe本身還是個(gè)空白文件。,22,系統(tǒng)文件 write(Fd1,buf,size) 功能：把buf中的長(zhǎng)度為size字符的消息送入管道入口fd1 fd1pipe入口 buf:存放消息的空間 size :要寫(xiě)入的字符長(zhǎng)度 系統(tǒng)文件 read(fd0,buf,size) fd0Pipe的出口 功能：從pipe出口fd0讀出size字符的消息置入 buf中。,23,pipe只允許建立者及其子進(jìn)程使用。一進(jìn)程及其所有子孫構(gòu)成一個(gè)進(jìn)程族，同族中的多個(gè)進(jìn)程可共享一個(gè)pipe，為了避免混亂，通常一個(gè)pipe為兩個(gè)進(jìn)程專(zhuān)用，且一個(gè)進(jìn)程只用其寫(xiě)入端，另一進(jìn)程只用其讀出端。,pipe（fd）,寫(xiě)入端,讀出端,fd1,write(fd1,buf,size),fd0,read(fd0,buf,size),管道按先進(jìn)現(xiàn)出方式FIFO傳送消息，且只能單向傳送消息,24,1 Pipe文件的讀寫(xiě)操作的同步與互斥 如同消息緩沖一樣，在對(duì)pipe文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作過(guò)程中要對(duì)發(fā)送進(jìn)程和接送進(jìn)程實(shí)施正確的同步與互斥以確保通信的正確