進(jìn)程通信01要點(diǎn)課件

1、2.6進(jìn)程通信2013級05班1.進(jìn)程通信的類型 陳海昊 P4P162.消息傳遞通信的實(shí)現(xiàn)方式 張志成 P17353.直接消息傳遞系統(tǒng)實(shí)例 榮玉華 P3648 進(jìn)程通信之進(jìn)程通信的類型2.6 進(jìn)程通信 Process Communication概念：進(jìn)程間的信息交換。低級通信缺點(diǎn)：（1）效率低；（2）通信對用戶不透明。高級通信特點(diǎn)：效率高；用戶利用OS提供的通信命令進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸；通信實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)對用戶透明。高級通信機(jī)制可歸結(jié)為三大類： 共享存儲器系統(tǒng) (Shared-Memory System) 消息傳遞系統(tǒng)（Message Passing System) 管道通信（Pipe Communica

2、tion)一、進(jìn)程通信的類型The type of process communication2.6 進(jìn)程通信 Process Communication1 共享存儲器系統(tǒng)(Shared-Memory System)1）基于共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通信方式producer-consumer中的緩沖區(qū)，低效，不透明。系統(tǒng)只提供了一共享存貯器，適于少量通信。2）基于共享存儲區(qū)的通信方式系統(tǒng)提供：內(nèi)存的共享存儲區(qū)。通信過程：（1）向系統(tǒng)申請一個(gè)或多個(gè)分區(qū)（2）獲得分區(qū)獲后即可讀/寫.特點(diǎn)：高效，速度快。 單機(jī)、多機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)中的主要進(jìn)程通信方式，進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換以消息（message）( “報(bào)文”)為單位。通

3、過內(nèi)存中開設(shè)的緩沖區(qū)，進(jìn)行消息的傳遞。 用戶利用一組通信命令實(shí)現(xiàn)通信。根據(jù)實(shí)現(xiàn)方式的不同，可分為直接通信和間接通信。1） 直接通信方式 一般在一臺機(jī)器的多進(jìn)程間，直接以接收者進(jìn)程的內(nèi)部標(biāo)識為目的標(biāo)識發(fā)送消息。2）間接通信： 建立一個(gè)通信參與者共享的邏輯實(shí)體信箱，發(fā)送者向信箱發(fā)送消息；接收者到信箱取消息。用于聯(lián)系不十分緊密的進(jìn)程之間。2 消息傳遞系統(tǒng)（Message Passing System)管道通信系統(tǒng)所謂“管道”，是用于連接一個(gè)讀進(jìn)程和一個(gè)寫進(jìn)程以實(shí)現(xiàn)他們之間通信的一個(gè)共享文件，又名pipe文件發(fā)送進(jìn)程發(fā)送進(jìn)程以字符流形式將大量數(shù)據(jù)送入管道，接收進(jìn)程可從管道接收數(shù)據(jù)，二者利用管道進(jìn)行通信

4、，所以被稱為管道通信管道通信是一種單雙工的通信系統(tǒng)。1）互斥：管道可看作是臨界資源。對管道的操作是互斥的。2）同步：當(dāng)寫進(jìn)程把一定數(shù)量數(shù)據(jù)寫入pipe后,便去等待，直到讀出進(jìn)程取走數(shù)據(jù)后，把它喚醒。反之亦然。3）對方是否存在：只有確定對方存在時(shí)，才可通信。管道通信機(jī)制應(yīng)能提供三方面的協(xié)調(diào)功能：管道的分類1)無名管道進(jìn)程的親緣關(guān)系一般指的是父子關(guān)系.管道一般用于兩個(gè)不同進(jìn)程之間的通信.當(dāng)一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建了一個(gè)管道,并調(diào)用fork創(chuàng)建自己的一個(gè)子進(jìn)程后,父進(jìn)程關(guān)閉讀管道端,子進(jìn)程關(guān)閉寫管道端,這樣提供了兩個(gè)進(jìn)程之間數(shù)據(jù)流動(dòng)的一種方式.2)有名管道有名管道也是一種半雙工的通信方式,但是它允許無親緣關(guān)系進(jìn)

5、程間的通信.但是由于其長期存在于系統(tǒng)之中，使用不當(dāng)容易出錯(cuò)所以普通用戶一般不建議使用 客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)前面所說的共享內(nèi)存，消息傳遞等技術(shù)，雖然也可以用于實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)進(jìn)程的雙向通信，但客戶機(jī)-服務(wù)器系統(tǒng)的通信機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的各種應(yīng)用領(lǐng)域已成為當(dāng)前主流的通信實(shí)現(xiàn)機(jī)制。實(shí)現(xiàn)方法：1）套接字 2）遠(yuǎn)程過程調(diào)用和遠(yuǎn)程方法調(diào)用套接字一個(gè)套接字是一個(gè)通信表示類型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通常套接字包括兩類：1）基于文件型一個(gè)套接字關(guān)聯(lián)到一個(gè)特殊的文件，通信雙方通過對這個(gè)特殊文件的讀寫實(shí)現(xiàn)通信，原理類似于管道2）基于網(wǎng)絡(luò)型通信雙方運(yùn)行在不同主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，被分配了一對套接字一個(gè)屬于發(fā)送進(jìn)程一個(gè)屬于接收進(jìn)程，接收方一

6、旦接到請求就會接受并完成連接并實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間的通信，通信結(jié)束后系統(tǒng)會關(guān)閉接收方的套接字來撤銷連接套接字與管道通信的區(qū)別1）套接字體系是全雙工而管道通信是半雙工2）套接字機(jī)制不但可以單機(jī)的不同進(jìn)程通信，而且使得跨網(wǎng)機(jī)器間進(jìn)程可以通信。3）套接字明確地將客戶端與服務(wù)器區(qū)分開來，套接字可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)客戶端連到同一服務(wù)器。遠(yuǎn)程過程調(diào)用和遠(yuǎn)程方法調(diào)用遠(yuǎn)程過程調(diào)用是一個(gè)通信協(xié)議，它允許運(yùn)行于一臺主機(jī)系統(tǒng)上的進(jìn)程調(diào)用另一臺主機(jī)系統(tǒng)上的進(jìn)程，如果涉及的軟件采用面向?qū)ο缶幊?，那么遠(yuǎn)程過程調(diào)用也可以被稱為遠(yuǎn)程方法調(diào)用遠(yuǎn)程過程的調(diào)用過程詳見課本P70陳海浩消息傳遞實(shí)現(xiàn)方式 以及進(jìn)程線程對比制作人：張志成消息傳遞實(shí)現(xiàn)方式消

7、息傳遞的通信方式直接消息傳遞系統(tǒng)（直接通信方式）信箱通信（間接通信方式）1.直接通信原語2.消息的格式3.進(jìn)程的同步方式4.通信鏈路1.信箱通信結(jié)構(gòu)2.信箱通信原語3.信箱通信類型直接消息傳遞系統(tǒng)1） 直接通信原語（direct Communication way）（1）對稱尋址方式該方式要求發(fā)送接受進(jìn)程必須以顯式方式提供對方標(biāo)識符。send(receiver , message); 發(fā)送一個(gè)消息給接受進(jìn)程receive（sender ， message）； 接受發(fā)送方發(fā)來的消息直接消息傳遞系統(tǒng)（2）非對稱尋址方式。接受進(jìn)程可能需要與多個(gè)發(fā)送進(jìn)程通信通信，無法事先指定發(fā)送進(jìn)程send（P，me

8、ssage）；發(fā)送一個(gè)消息給進(jìn)程Preceive（id）接受來自任何進(jìn)程的消息，id變量可設(shè)置為進(jìn)行通信的發(fā)送方進(jìn)程id或名字直接消息傳遞系統(tǒng)2）消息的格式字符流：發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)沒有一定的格式，接收方不需要保留各次發(fā)送之間的分界報(bào)文：是網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下采用的消息格式 報(bào)頭(header)：包括數(shù)據(jù)傳輸時(shí)所需的控制信息。如發(fā)送進(jìn)程名，報(bào)文長度、數(shù)據(jù)類型、發(fā)送時(shí)間等 正文( text)：消息內(nèi)容。分為定長和變長兩種直接消息傳遞系統(tǒng)3）進(jìn)程的同步方式等接收者回信后才繼續(xù)向前執(zhí)行，稱為阻塞發(fā)送發(fā)送完消息后不等回信繼續(xù)執(zhí)行，稱為不阻塞發(fā)送直到收到發(fā)送進(jìn)程的消息。稱為阻塞接收不要求進(jìn)程等待，當(dāng)需要信件時(shí)，去查

9、找并接收信件，需要時(shí)再發(fā)送回答信件。稱為非阻塞接收直接消息傳遞系統(tǒng)3）進(jìn)程的同步方式（1）發(fā)送進(jìn)程阻塞，接受進(jìn)程阻塞（主要用于進(jìn)程之間緊密同步，發(fā)送進(jìn)程和接受進(jìn)程之間無緩沖）（2）發(fā)送進(jìn)程不阻塞，接受進(jìn)程阻塞（應(yīng)用最廣泛的進(jìn)程同步方式）（3）發(fā)送進(jìn)程和接受進(jìn)程均不阻塞（較常見的進(jìn)程同步方式）直接消息傳遞系統(tǒng)4）通信鏈路(communication link)：在發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程之間為信息傳送而建立的一條通路根據(jù)建立方式分為：顯示建立：由發(fā)送進(jìn)程利用建立命令建立，用完后用刪除命令拆除。（網(wǎng)絡(luò)中） 隱式建立：利用發(fā)送命令（原語），系統(tǒng)自動(dòng)建立。（單機(jī)中）直接消息傳遞系統(tǒng)根據(jù)連接方式分為：點(diǎn)點(diǎn)連接

10、：一條鏈路只有兩個(gè)結(jié)點(diǎn)。 多點(diǎn)連接：一條鏈路連接多個(gè)結(jié)點(diǎn)。根據(jù)通信方向分為：單向：發(fā)送進(jìn)程 接收進(jìn)程。 雙向：進(jìn)程 進(jìn)程根據(jù)鏈路的容量分為：無容量：鏈路上沒有緩沖區(qū)，不能暫存信息。有容量：鏈路上有緩沖區(qū)，能暫存信息。間接通信方式信箱通信屬于間接通信方式，即進(jìn)程之間的通信，需要通過某種中間實(shí)體來完成。發(fā)送者向信箱發(fā)送消息；接收者到信箱取消息。用于聯(lián)系不十分緊密的進(jìn)程之間。1）信箱的結(jié)構(gòu) 信箱頭格子1格子2格子3格子4信箱頭：用以存放有關(guān)信箱的描述信息，如信箱標(biāo)識符，信箱的擁有者，信箱口令，信箱的空格數(shù)等 信箱體：由若干個(gè)可以存放消息的信箱格組成間接通信方式2）信箱通信原語信箱的創(chuàng)建和撤消 進(jìn)程利

11、用信箱創(chuàng)建原語建立一個(gè)新信箱。消息的發(fā)送與接收 當(dāng)進(jìn)程之間要利用郵箱進(jìn)行通信時(shí)，必須要用共享信箱，并利用系統(tǒng)提供的下述通信原語進(jìn)行通信。Send（mailbox , message）; 將一個(gè)消息發(fā)送到指定郵箱Receive(mailbox); 從指定郵箱中接受一個(gè)消息間接通信方式3）郵箱的類型私用信箱(private mailbox) ：由用戶進(jìn)程自己創(chuàng)建，并作為該進(jìn)程的一部分。擁有者可從中讀，其它進(jìn)程只能向其中發(fā)送。擁有者進(jìn)程結(jié)束，信箱消失。 公用信箱(public mailbox) ：由OS創(chuàng)建，允許系統(tǒng)中所有核準(zhǔn)用戶讀、放。 共享信箱(shared mailbox) ：由某進(jìn)程創(chuàng)建，指

12、明共享屬性及共享進(jìn)程名。創(chuàng)建者和共享者有權(quán)從信箱中取走消息。間接通信方式發(fā)送者進(jìn)程和接收者進(jìn)程之間的關(guān)系一對一：專用的通信鏈路，兩個(gè)進(jìn)程間建立私用的通信連接，不受其他進(jìn)程的干擾和影響。多對一：允許提供服務(wù)的進(jìn)程與多個(gè)用戶進(jìn)程交互，多個(gè)向一個(gè)發(fā)信息。用于現(xiàn)代操作系統(tǒng) （客戶/服務(wù)器）一對多：一個(gè)發(fā)送者和多個(gè)接收者的通信關(guān)系。發(fā)送進(jìn)程可利用廣播形式，向接收者發(fā)送消息。多對多：如公用信箱，允許多個(gè)進(jìn)程都能象信箱中投遞消息，也可從信箱中取走屬于自己的消息。進(jìn)程與線程的關(guān)系和區(qū)別1.定義進(jìn)程是具有一定獨(dú)立功能的程序關(guān)于某個(gè)數(shù)據(jù)集合上的一次運(yùn)行活動(dòng),進(jìn)程是系統(tǒng)進(jìn)行資源分配和調(diào)度的一個(gè)獨(dú)立單位線程是進(jìn)程的一

13、個(gè)實(shí)體,是CPU調(diào)度和分派的基本單位,它是比進(jìn)程更小的能獨(dú)立運(yùn)行的基本單位.線程自己基本上不擁有系統(tǒng)資源,只擁有一點(diǎn)在運(yùn)行中必不可少的資源(如程序計(jì)數(shù)器,一組寄存器和棧),但是它可與同屬一個(gè)進(jìn)程的其他的線程共享進(jìn)程所擁有的全部資源進(jìn)程與線程的關(guān)系和區(qū)別2.關(guān)系 一個(gè)線程可以創(chuàng)建和撤銷另一個(gè)線程;同一個(gè)進(jìn)程中的多個(gè)線程之間可以并發(fā)執(zhí)行.相對進(jìn)程而言，線程是一個(gè)更加接近于執(zhí)行體的概念，它可以與同進(jìn)程中的其他線程共享數(shù)據(jù)，但擁有自己的?？臻g，擁有獨(dú)立的執(zhí)行序列。進(jìn)程與線程的關(guān)系和區(qū)別3.區(qū)別 進(jìn)程和線程的主要差別在于它們是不同的操作系統(tǒng)資源管理方式。進(jìn)程有獨(dú)立的地址空間，一個(gè)進(jìn)程崩潰后，在保護(hù)模式下

14、不會對其它進(jìn)程產(chǎn)生影響，而線程只是一個(gè)進(jìn)程中的不同執(zhí)行路徑。線程有自己的堆棧和局部變量，但線程之間沒有單獨(dú)的地址空間，一個(gè)線程死掉就等于整個(gè)進(jìn)程死掉，所以多進(jìn)程的程序要比多線程的程序健壯，但在進(jìn)程切換時(shí)，耗費(fèi)資源較大，效率要差一些。但對于一些要求同時(shí)進(jìn)行并且又要共享某些變量的并發(fā)操作，只能用線程，不能用進(jìn)程。進(jìn)程與線程的關(guān)系和區(qū)別1) 簡而言之,一個(gè)程序至少有一個(gè)進(jìn)程,一個(gè)進(jìn)程至少有一個(gè)線程.2) 線程的劃分尺度小于進(jìn)程，使得多線程程序的并發(fā)性高。3) 另外，進(jìn)程在執(zhí)行過程中擁有獨(dú)立的內(nèi)存單元，而多個(gè)線程共享內(nèi)存，從而極大地提高了程序的運(yùn)行效率。4) 線程在執(zhí)行過程中與進(jìn)程還是有區(qū)別的。每個(gè)獨(dú)

15、立的線程有一個(gè)程序運(yùn)行的入口、順序執(zhí)行序列和程序的出口。但是線程不能夠獨(dú)立執(zhí)行，必須依存在應(yīng)用程序中，由應(yīng)用程序提供多個(gè)線程執(zhí)行控制。5) 從邏輯角度來看，多線程的意義在于一個(gè)應(yīng)用程序中，有多個(gè)執(zhí)行部分可以同時(shí)執(zhí)行。但操作系統(tǒng)并沒有將多個(gè)線程看做多個(gè)獨(dú)立的應(yīng)用，來實(shí)現(xiàn)進(jìn)程的調(diào)度和管理以及資源分配。這就是進(jìn)程和線程的重要區(qū)別。謝謝觀看直接消息傳遞系統(tǒng)實(shí)例制作人：榮玉華直接消息傳遞系統(tǒng)實(shí)例 消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制，是在物理上實(shí)現(xiàn)“消息傳遞系統(tǒng)”的一種通信機(jī)制。首先由Hansan提出，并在RC4000系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)。 在一個(gè)消息定長的簡單直接通信消息系統(tǒng)中，進(jìn)程間通過兩個(gè)基本操作進(jìn)行通信。 在這種通信機(jī)制

16、中，發(fā)送進(jìn)程利用send原語將消息直接發(fā)送給接收進(jìn)程；接收進(jìn)程則利用receive原語接收信息。 Send(A,a)：發(fā)送者用以發(fā)送消息。A為接收者標(biāo)識符,a為消息的發(fā)送區(qū)始址。 Receive(b)：接收者用以接收當(dāng)前已到達(dá)的消息。b為消息的接收區(qū)始址。若當(dāng)前無消息到達(dá)，則接收者進(jìn)入等待狀態(tài)直到到達(dá)一個(gè)消息。二、消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制2.6 進(jìn)程通信 Process Communication1）消息緩沖區(qū)： Typedef struct message_buffer 定義結(jié)構(gòu)體 int sender ; 發(fā)送者進(jìn)程標(biāo)識符 int size ; 消息長度 char *text;消息正文 str

17、uct message_buffer *next ; 指向下一個(gè)消息緩沖區(qū)的指針 1.消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 為保證消息緩沖區(qū)的互斥，協(xié)調(diào)發(fā)送進(jìn)程和接收進(jìn)程的同步，在接收進(jìn)程的PCB中增加的有關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)。Typdef struct processcontrol_block . 定義結(jié)構(gòu)體 struct message_buffer *mq ; 消息隊(duì)列隊(duì)首指針 semaphore mutex ； 消息隊(duì)列互斥信號量，初值為1 semaphore sm ； 消息隊(duì)列私有信號量，記錄消息個(gè)數(shù)，初值為0； PCB2）PCB中有關(guān)通信的數(shù)據(jù)項(xiàng) 互斥使用緩沖隊(duì)列，即發(fā)送進(jìn)程把消息寫入緩沖區(qū)、把緩

18、沖區(qū)掛入消息隊(duì)列時(shí)，應(yīng)禁止其他進(jìn)程對該緩沖隊(duì)列的訪問，同理，當(dāng)接收進(jìn)程正從消息隊(duì)列中取消息時(shí)，應(yīng)禁止其他進(jìn)程對該隊(duì)列的訪問。應(yīng)設(shè)mutex-互斥信號量 消息緩沖隊(duì)列是按接收進(jìn)程排列，每個(gè)接收進(jìn)程擁有自己的消息隊(duì)列。因此同一時(shí)間存在多個(gè)消息隊(duì)列；且這些隊(duì)列長度不固定。 當(dāng)緩沖隊(duì)列無消息時(shí)，接收進(jìn)程不能接收到任何消息。Sm為接收進(jìn)程的私用信號量(初值為0)2. 過程說明A的PCB.Send(B, a).Sender:ASIZE:消息長度TEXT:消息正文B的PCB. mq Mutex sm.Receive(b).Sender:ASIZE:消息長度TEXT:消息正文.發(fā)送區(qū)a:接收區(qū)b發(fā)送進(jìn)程 A消

19、息消息.Sender:ASIZE:消息長度TEXT:消息正文接收進(jìn)程 BSend(receiver，m) Begin 向系統(tǒng)申請一個(gè)消息緩沖區(qū)； 把m送入新申請的消息緩沖區(qū)， wait(mutex); 把消息緩沖區(qū)掛入接收進(jìn)程的消息隊(duì)列。 signal(mutex); signal(Sm);End;Receive(n) Begin wait(Sm); Wait(mutex); 摘下消息隊(duì)列中的消息n， Signal(mutex); 將消息n從緩沖區(qū)復(fù)制到接收區(qū)； 釋放緩沖區(qū)；End; 發(fā)送進(jìn)程是否可以發(fā)送消息，則取決于是否申請到緩沖區(qū)。具體見課本P743 發(fā)送原語procedure send(receiver,a) begin getbuf(a.size,i) i.sender:=a.sender i.size:=a.size i.text:=a.text i.next:=0 getid(PCB.receiver.j) wait(j.mutex) insert(j.mq.I) signal(j.mutex) signal(j.sm) enda為發(fā)送進(jìn)程