進(jìn)程間通信與同步

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1、第二章進(jìn)程管理進(jìn)程（Process）線程（Thread）進(jìn)程間通信與同步經(jīng)典的IPC問題進(jìn)程調(diào)度2.3進(jìn)程間通信與同步進(jìn)程間通信（InterProcessCommuni-cation，IPC）：進(jìn)程之間的信息交流與協(xié)調(diào)。并發(fā)進(jìn)程之間的兩種關(guān)系：相互獨(dú)立：進(jìn)程之間沒有任何關(guān)聯(lián)關(guān)系（直接的或間接的），僅有CPU競(jìng)爭關(guān)系。無需通信，由進(jìn)程調(diào)度器來協(xié)調(diào)（如Word、MP3）；相互關(guān)聯(lián)：進(jìn)程之間存在著某種關(guān)聯(lián)關(guān)系（直接或間接），需要相互通信。例如：共享內(nèi)存變量、共享軟硬件資源、數(shù)據(jù)傳遞、協(xié)同工作等。需要討論的問題：進(jìn)程間如何通信呢，如何來相互傳遞信息呢

2、？當(dāng)兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程在訪問共享資源時(shí)，如何確保它們不會(huì)相互妨礙——進(jìn)程互斥問題；當(dāng)進(jìn)程之間存在著某種依存關(guān)系時(shí)，如何來調(diào)整它們運(yùn)行的先后次序——進(jìn)程同步問題。生活中的例子：教室座位、打飯窗口；一組同學(xué)做大作業(yè)。上述問題是否也適用于線程？2.3.1進(jìn)程間通信方式低級(jí)通信：只能傳遞狀態(tài)和整數(shù)值（控制信息）信號(hào)量（semaphore）信號(hào)（signal）高級(jí)通信：能夠傳送任意數(shù)量的數(shù)據(jù)共享內(nèi)存（sharedmemory）消息傳遞（messagepassing）管道（pipe）能否共享內(nèi)存單元（變量或緩沖區(qū)）？共享內(nèi)存絕大多數(shù)現(xiàn)代的操作系統(tǒng)都提供了相應(yīng)的方

3、法，來讓各個(gè)進(jìn)程共享它們地址空間當(dāng)中的某些部分，即共享內(nèi)存。在共享內(nèi)存中，可以任意讀寫和使用任意的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（緩沖區(qū)）。一組進(jìn)程向共享內(nèi)存中寫，另一組進(jìn)程從共享內(nèi)存中讀，通過這種方式實(shí)現(xiàn)兩組進(jìn)程間的信息交換。消息傳遞消息：由若干數(shù)據(jù)位組成；消息傳遞：進(jìn)程之間通過發(fā)送和接收消息來交換信息；消息機(jī)制由OS來維護(hù)，包括定義尋址方式、認(rèn)證協(xié)議、消息的大小等。一般提供兩個(gè)操作：send()，發(fā)送一條消息；receive()，接收一條消息。如果兩個(gè)任務(wù)P和Q想要進(jìn)行通信，它們需要在兩者之間建立一個(gè)通信鏈路；使用send()和receive()交換信息。管

4、道（pipe）管道通信由UNIX首創(chuàng)，由于其有效性，后來的一些系統(tǒng)相繼引入了管道技術(shù)；管道通信以文件系統(tǒng)為基礎(chǔ)，所謂管道即連接兩個(gè)進(jìn)程之間的一個(gè)打開的共享文件，專用于進(jìn)程之間的數(shù)據(jù)通信；發(fā)送進(jìn)程從管道的一端寫入數(shù)據(jù)流，接收進(jìn)程從管道的另一端按先進(jìn)先出的順序讀出數(shù)據(jù)流；管道的讀寫操作即為文件操作fwrite/fread，數(shù)據(jù)流的長度和格式?jīng)]有限制。2.3.2進(jìn)程的互斥進(jìn)程互斥的產(chǎn)生原因：進(jìn)程宏觀上并發(fā)執(zhí)行，依靠時(shí)鐘中斷來實(shí)現(xiàn)微觀上輪流執(zhí)行；訪問共享資源?！纠?】后臺(tái)打印程序（兩個(gè)進(jìn)程同時(shí)想要訪問共享數(shù)據(jù)）后臺(tái)程序47share.txt4

5、7share.txt…next_free_slot=in;//7…第一步：進(jìn)程A中斷…next_free_slot=in;//7第二步：進(jìn)程Bprog.n678file_bwrite“file_b”toitem7next_free_slot++;//8updatein;…8第三步：進(jìn)程Awrite“file_a”toitem7next_free_slot++;//8updatein;…file_aoutin【例子2】兩個(gè)進(jìn)程，讀－修改－寫進(jìn)程1進(jìn)程2tmp1=count;tmp2=count;tmp1++;tmp2=tmp2+2;count=

6、tmp1;count=tmp2;請(qǐng)問：如果在這些進(jìn)程執(zhí)行之前，count變量的值為1，那么它最后的結(jié)果是多少？進(jìn)程1進(jìn)程2tmp1=count;(=1)interrupt...tmp2=count;(=1)tmp2=tmp2+2;(=3)count=tmp2;(=3)tmp1++;(=2)count=tmp1;(=2)情形1進(jìn)程1進(jìn)程2tmp2=count;(=1)interrupt...tmp1=count;(=1)tmp1++;(=2)count=tmp1;(=2)tmp2=tmp2+2;(=3)count=tmp2;(=3)

7、情形2進(jìn)程1進(jìn)程2tmp1=count;(=1)tmp1++;(=2)count=tmp1;(=2)tmp2=count;(=2)tmp2=tmp2+2;(=4)count=tmp2;(=4)情形3競(jìng)爭狀態(tài)（racecondition）：兩個(gè)或多個(gè)進(jìn)程對(duì)同一共享數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行讀寫操作，而最后的結(jié)果是不可預(yù)測(cè)的，它取決于各個(gè)進(jìn)程具體運(yùn)行情況。解決之道：在同一時(shí)刻，只允許一個(gè)進(jìn)程訪問該共享數(shù)據(jù)，即如果當(dāng)前已有一個(gè)進(jìn)程正在使用該數(shù)據(jù)，那么其他進(jìn)程暫時(shí)不能訪問。這就是互斥的概念。競(jìng)爭狀態(tài)問題的抽象描述把一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行過程中所做的事情分為兩類：進(jìn)程

8、內(nèi)部的計(jì)算或其他的一些事情，肯定不會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭狀態(tài)的出現(xiàn)；對(duì)共享內(nèi)存或共享文件的訪問，可能會(huì)導(dǎo)致競(jìng)爭狀態(tài)的出現(xiàn)。我們把完成這類事情的那