進程管理6進程通信.ppt

1,3.6 進程通信(communication),進程通信：指進程間的信息交換。 按通信內容可以劃分為2種 低級通信：進程之間控制信息的交換稱為低級通信。 一般只傳送一個和幾個字節(jié)的信息，達到控 制進程執(zhí)行速度的作用。（進程的同步和互斥） 信號量機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。通訊對用戶不透明。） 高級通信：用戶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,進程的同步與互斥是一種通訊方式，一進程可通過修改變量或信號量告知另一進程，它是否可以繼續(xù)執(zhí)行下去，利用生產者消費者算法，生產者進程可以傳送一批數(shù)據(jù)給消費進程，或者說生產者通過緩沖區(qū)與消費者進行通訊，但P、V操作只能傳遞信號，信號本身不包含任何數(shù)據(jù)，而進程不當還容易導致進程死鎖，因此，稱這些同步機構為低級通訊機構.,3,進程通信的類型 一、單機系統(tǒng)中進程間通信的四種形式 P62 主從式、會話式、消息或郵箱機制、共享存儲區(qū)方式 二、高級通訊機制類型 1 共享存儲器系統(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 共享存儲器系統(tǒng),共享存儲器系統(tǒng)：相互通訊的進程通過共享數(shù)據(jù)結構和存儲區(qū)進行通訊，因而可進一步分為： 基于共享數(shù)據(jù)結構的通訊方式；（低效，只適于傳遞少量數(shù)據(jù)） 基于共享存儲區(qū)的通訊方式。為了傳送大量數(shù)據(jù)，在存儲區(qū)中劃出一塊共享存儲區(qū)，諸進程可通過對共享存儲區(qū)進行讀或寫數(shù)據(jù)實現(xiàn)通訊。,向系統(tǒng)申請共享存儲區(qū)中的一個分區(qū) 指定該分區(qū)的關鍵字 如果已經給其他進程分配了這樣的存儲區(qū)， 將使用分區(qū)的描述符返回給申請者 4 申請者將申請到的共享分區(qū)掛到本進程上,返回,5,2 消息傳遞系統(tǒng),在消息傳遞系統(tǒng)中，進程間的數(shù)據(jù)交換是以消息(message，在計算機網絡中又稱報文)為單位。程序員直接利用系統(tǒng)提供的一組通訊命令（原語）來實現(xiàn)通訊。 因其實現(xiàn)方法的不同，又可分為,直接通信方式（消息緩沖機制） 間接通信方式（信箱通信方式）,6,直接通信方式： 發(fā)送進程直接將消息發(fā)送給接收進程，并將它掛在接收進程的消息緩沖隊列上。接收進程從消息緩沖隊列中取得消息。故稱為消息緩沖機制。 間接通信方式： 發(fā)送進程將消息發(fā)送到某個中間實體（一般稱為信箱）中，接收進程從中取得消息，所以稱為信箱通訊方式，相應地系統(tǒng)稱為電子郵件系統(tǒng)。,7,消息緩沖機制（直接通信）,發(fā)送進程,在自己的內存空間設置一個,把要發(fā)送的消息填入發(fā)送區(qū),發(fā)送區(qū),接收區(qū),接收進程,在自己的內存 空間設置一個,公用緩沖區(qū),兩通信進程必須滿足下列條件 在發(fā)送進程把消息寫入緩沖區(qū)和把緩沖區(qū)掛入消息隊列時， 應禁止其他進程對緩沖區(qū)消息隊列的訪問。同理，接收進程取消息時也禁止其他進程訪問緩沖區(qū)消息隊列 2 當緩沖區(qū)中沒有信息存在時，接收進程不能接收到任何消息,8,消息的一般形式 消息緩沖通訊技術由Hansen 首先提出的，基本思想是：根據(jù)“生產者消費者關系”原理，利用公用消息緩沖區(qū)實現(xiàn)進程間的信息交換。 發(fā)送進程先申請一個消息緩沖區(qū)，寫入消息后把該消息緩沖區(qū)送入接收進程的消息隊列中，通知接收進程。接收進程從消息隊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)送消息的進程名 接收消息的進程名 消息長度 消息正文,10,消息緩沖通訊機構包含下列內容： 消息緩沖區(qū)是一個數(shù)據(jù)結構 用Pascal 描述為： type msg=recorod sender： 消息發(fā)送者名 size： 消息長度 Text： 消息正文 Next： 下一個消息的鏈指針,發(fā)送進程和接收進程 發(fā)送原語Send（）和接收原語receive（） 設公用信號量mutex，并置初值為1 設SM為接收進程的私用信號量，置初值為0,Send(m) begin 向系統(tǒng)申請一個消息緩沖區(qū) P(mutex) 使用公用緩沖區(qū) 將發(fā)送區(qū)消息m送入新申請的消息緩沖區(qū) 把消息緩沖區(qū)掛入接收進程的消息隊列 V(mutex) 釋放緩沖區(qū) V(SM) 向接收進程發(fā)送消息 end,Receive(m ) begin P(SM) 等待接的消息的個數(shù) P(mutex) 使用公用緩沖區(qū) 摘下消息隊列中的消息m 將消息隊列m從緩沖區(qū)復制到接收區(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)結構，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)建信箱時確定。 進程間的通信要滿足如下條件： a.發(fā)送進程發(fā)送消息時，郵箱中至少要有一個空格存放該消息。 b.接收進程接收消息時，郵箱中至少要有一個消息存在。,13,信箱可由OS創(chuàng)建，也可由用戶進程創(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，在發(fā)送進程和接收進程之間，存在著四種關系： 一對一關系：即可以為發(fā)送進程和接收進程建立一條專用的通信鏈路； 多對一關系：允許提供服務的進程與多個用戶進程進行交互，也稱客戶/服務器交互； 一對多關系：允許一個發(fā)送進程與多個接收進程交互，使發(fā)送進程用廣播的形式，發(fā)送消息； 多對多關系：允許建立一個公用信箱，讓多個進程都能向信箱投遞消息，也可取走屬于自己的消息。,14,發(fā)送進程 A,接收進程 B,Deposite(m),Remove(m),郵箱通信結構,郵箱頭：郵箱名稱、郵箱大小、擁有該郵箱的進程名,郵箱體：存放消息,使用郵箱的時候應該滿足： 發(fā)送進程發(fā)送消息時，郵箱中至少要有一個空格能存放該消息 接收進程接收消息時，郵箱中至少有一個消息存在,15,該發(fā)送進程調用過程deposit(m)將消息發(fā)送到郵箱，接收進程調用過程remove(m),將消息m從郵箱中取出。 Fromnum發(fā)送進程的私用信號量。記錄信箱空格，初值為n Mesnum接收進程的私用信號量。記錄信箱有消息的個數(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的標志為滿 V(mesnum) 向接收進程發(fā)送消息 end 消息個數(shù)1,Remove (m) being local x P(mesnum) 消息個數(shù)加1 選擇滿格x 把滿格x中的消息取出放m中 置格x標志為空 V(mesnum) 空格個數(shù)加1 end,返回,17,3.6.5 進程通信的例管道 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，如pc-dos，管道通信將成為進程通訊的一種重要方式。 消息緩沖通信機構是以內存緩沖區(qū)為基礎。 管道是以文件系統(tǒng)為基礎。 有名管道 無名管道,18,管道 是指用于連接一個讀進程和一個寫進程，以實現(xiàn)它們之間通信的共享方式，又稱pipe文件。 向管道（共享文件）提供輸入的發(fā)送進程（即寫進程），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程（即讀進程），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行通信的，故稱為管道通信。,19,為了協(xié)調雙方的通信，管道通信機制必須提供以下三方面的協(xié)調能力： 互斥。一個進程正在對pipe進行讀/寫操作時，另一進程必須等待。 同步。當寫（輸入）進程把一定數(shù)量的數(shù)據(jù)寫入pipe后，便去睡眠等待，直到讀（輸出）進程取走數(shù)據(jù)將其喚醒；當讀進程讀一空pipe，也應睡眠等待，直至寫進程將數(shù)據(jù)寫入管道，才將其喚醒。 對方是否存在。只有確定對方已存在時，才能進行管道通信，否則會造成因對方不存在而無限期等待。,20,管道通信的思想 （1）發(fā)送進程可以源源不斷的從pipe一端寫入數(shù)據(jù)流，在規(guī)定的pipe文件的最大長度（如4096字節(jié)）范圍內，每次寫入的信息長度是可變的 （2）接收進程在需要時可以從pipe的另一端讀出數(shù)據(jù)，讀出單位長度也是可變的,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， 建立pipe的主要工作是在系統(tǒng)打開文件表中建立該pipe的兩個表目， 一個表目用于控制該pipe的寫操作（寫入端） 另一表目用于控制該pipe的讀操作（讀出端）此時，pipe本身還是個空白文件。,22,系統(tǒng)文件 write(Fd1,buf,size) 功能：把buf中的長度為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 :要寫入的字符長度 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程使用。一進程及其所有子孫構成一個進程族，同族中的多個進程可共享一個pipe，為了避免混亂，通常一個pipe為兩個進程專用，且一個進程只用其寫入端，另一進程只用其讀出端。,pipe（fd）,寫入端,讀出端,fd1,write(fd1,buf,size),fd0,read(fd0,buf,size),管道按先進現(xiàn)出方式FIFO傳送消息，且只能單向傳送消息,24,1 Pipe文件的讀寫操作的同步與互斥 如同消息緩沖一樣，在對pipe文件進行讀寫操作過程中要對發(fā)送進程和接送進程實施正確的同步與互斥以確保通信的正確