操作系统第3章-3进程通信.ppt

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1、第第第第3 3章章章章 进程管理进程管理进程管理进程管理 3.1 进程的引入进程的引入 3.2 进程的结构进程的结构 3.3 进程控制进程控制 3.4 进程的同步与互斥进程的同步与互斥 3.5 进程间通信进程间通信 3.6 进程调度进程调度 3.7 死锁死锁 3.8 线程线程2/17/20231进程通信概述进程通信概述进进程程通通信信就就是是进进程程之之间间的的信信息息交交换换，交交换换的的信信息量可多可少。息量可多可少。进进程程互互斥斥与与同同步步是是一一种种进进程程通通信信，通通过过修修改改信信号号量量，进进程程之之间间可可建建立立起起联联系系，相相互互协协调调运运行行和协同工作。和协同工

2、作。信号量上的信号量上的PVPV操作是最简单的进程通信。操作是最简单的进程通信。2/17/20232进程通信的类型进程通信的类型低级通信机制低级通信机制交换信息量少，如交换信息量少，如P、V原语，软中断信号；原语，软中断信号；适用于集中式操作系统。适用于集中式操作系统。高级通信机制：交换信息量大高级通信机制：交换信息量大消息传递消息传递(message passing)(message passing)通信机制；通信机制；共享内存共享内存(shared memory)(shared memory)通信机制；通信机制；管道（管道（PipePipe）通信：共享文件）通信：共享文件(shared f

3、ile)(shared file)通信机制；通信机制；既适用于集中式操作系统，又适用于分布式操作系统既适用于集中式操作系统，又适用于分布式操作系统 一般，一般，进程通信进程通信是指进程之间可直接以较高的效率是指进程之间可直接以较高的效率传递较多数据的信息交换方式。传递较多数据的信息交换方式。2/17/20233消息传递消息传递消息传递消息传递消息传递机制消息传递机制 进进程程间间的的数数据据交交换换以以消消息息为为单单位位，程程序序员员利利用用系系统统的的通通信信原原语语（要要进进行行消消息息传传递递时时执执行行sendsend；当当接接收收者者要要接接收收消消息息时时执执行行receiver

4、eceive）实现通信。实现通信。这种通信方式属于高级通信这种通信方式属于高级通信。优点优点 操操作作系系统统隐隐藏藏了了通通信信的的实实现现细细节节，简简化化了了通通信信程程序序编编制制的的复杂性。复杂性。分类分类直直接接通通信信（消消息息缓缓冲冲通通信信）：发发送送进进程程直直接接把把消消息息发发送送给给接接收收者者，并并将将它它挂挂在在接接收收进进程程的的消消息息缓缓冲冲队队列列上上。接接收收进进程从消息缓冲队列中取得消息。程从消息缓冲队列中取得消息。间接通信间接通信(信箱通信信箱通信)：发送进程将消息发送到某种中发送进程将消息发送到某种中间实体中（信箱），接收进程从中取得消息。间实体中

5、（信箱），接收进程从中取得消息。在网络中称为电子邮件系统。在网络中称为电子邮件系统。2/17/20234消息传递通信的直接通信方式消息传递通信的直接通信方式直接通信方式（消息缓冲通信）直接通信方式（消息缓冲通信）发送进程发消息时要指定接收进程的名字，反发送进程发消息时要指定接收进程的名字，反过来，接收时要指明发送进程的名字；过来，接收时要指明发送进程的名字；发送原语：发送原语：Send(receiver,message)Send(receiver,message)接收原语：接收原语：Receiver(sender,message)Receiver(sender,message)*对称形式：一对

6、一对称形式：一对一 *非对称形式：多对一非对称形式：多对一 （顾客（顾客/服务员）服务员）2/17/20235消息缓冲通信的实现消息缓冲通信的实现在在操作系统空间操作系统空间设置一组缓冲区；设置一组缓冲区；当发送进程需要发送消息时，执行当发送进程需要发送消息时，执行sendsend系统调用，产生访管中断，系统调用，产生访管中断，进入操作系统；进入操作系统；操作系统为发送进程分配一个空缓冲区，并将所发送的消息从发操作系统为发送进程分配一个空缓冲区，并将所发送的消息从发送进程送进程copycopy到缓冲区中，然后将该载有消息的缓冲区连接到接收到缓冲区中，然后将该载有消息的缓冲区连接到接收进程的消息

7、链链尾，如此就完成了发送过程；进程的消息链链尾，如此就完成了发送过程；发送进程返回到用户态继续执行；发送进程返回到用户态继续执行；在以后某个时刻，当接收进程执行到在以后某个时刻，当接收进程执行到receivereceive接收原语时，也产生接收原语时，也产生访管中断进入操作系统。访管中断进入操作系统。由操作系统将载有消息的缓冲区从消息链中取出，并把消息内容由操作系统将载有消息的缓冲区从消息链中取出，并把消息内容copycopy到接收进程空间，之后收回缓冲区，如此就完成了消息的接到接收进程空间，之后收回缓冲区，如此就完成了消息的接收，接收进程返回到用户态继续进行。收，接收进程返回到用户态继续进行

8、。2/17/20236消息缓冲实现图示消息缓冲实现图示消息缓冲实现图示消息缓冲实现图示2/17/20237消息缓冲区结构消息缓冲区结构struct messageBuffer int sender;/发送者发送者ID int size;/消息长度消息长度 char text20;/消息正文消息正文 struct messageBuffer*next;/消息队列指针消息队列指针 2/17/20238PCB中有关通信的数据项中有关通信的数据项struct PCB mq:pointer;/消息队列首指针消息队列首指针 mutex:semaphore;/消息队列互斥信号量消息队列互斥信号量 sm:se

9、maphore;/消息队列资源信号量消息队列资源信号量2/17/20239P P、V V操作实现的操作实现的操作实现的操作实现的发送原语和接收原语发送原语和接收原语发送原语和接收原语发送原语和接收原语Receive(bReceive(b）获获得得接接收收进进程程PCBPCB的的指指针针q;q;P(q.sm)P(q.sm);P(q.mutex)P(q.mutex);从从q.mqq.mq中中取取下下第第一一个个消息缓冲区消息缓冲区i i；V(q.mutex)V(q.mutex);将将i i中的内容复制到接收中的内容复制到接收 区区b b中，并释放中，并释放i i SendSend（R,aR,a）根

10、根据据R R找找接接收收进进程程,如如果果没没找找到到出出错错返返回回;getbuf(a.size,getbuf(a.size,i);i);/*/*根根据据消消息息长长度度 a.sizea.size，申请一个空缓冲区，申请一个空缓冲区i i 把消息从发送区把消息从发送区a a中复制到空缓冲区中复制到空缓冲区i i中中;获得接收进程获得接收进程PCBPCB的指针的指针q;q;P(q.mutex)P(q.mutex);将将i i挂到消息队列挂到消息队列q.mqq.mq的队尾的队尾;V(q.mutex)V(q.mutex);V(q.sm)V(q.sm);smsm初值初值:0:02/17/202310

11、消息传递通信的间接通信方式消息传递通信的间接通信方式间接通信方式（信箱通信）间接通信方式（信箱通信）发送进程发消息时不指定接收进程的名字，而是指定一个中间媒发送进程发消息时不指定接收进程的名字，而是指定一个中间媒介，即信箱。进程间通过信箱实现通信介，即信箱。进程间通过信箱实现通信 发送原语：发送原语：send(MB,Message)send(MB,Message)，接收原语：，接收原语：receive(MB,Message)receive(MB,Message)信箱信箱存放信件的存储区域存放信件的存储区域构成构成 信箱特征（头）：信箱容量、信件格式、信箱名称等；信箱特征（头）：信箱容量、信件格

12、式、信箱名称等；信箱体：若干格子，用来存放信件；信箱体：若干格子，用来存放信件；分类分类私用信箱私用信箱共享信箱共享信箱公用信箱公用信箱信箱使用规则信箱使用规则 若发送信件时信箱已满，则发送进程被置为若发送信件时信箱已满，则发送进程被置为“等信箱等信箱”状态，直到信箱状态，直到信箱有空时才被唤醒有空时才被唤醒若取信件时信箱中无信，则接收进程被置为若取信件时信箱中无信，则接收进程被置为“等信件等信件”状态，直到有信状态，直到有信件时才被唤醒件时才被唤醒发送发送进程进程A A 邮箱体邮箱体 邮箱头邮箱头接收接收进程进程B BDeposite(m)Remove(m)邮箱通信结构邮箱通信结构2/17/

13、202311发送进程和接收进程间关系发送进程和接收进程间关系一对一关系一对一关系 即可以为发送进程和接收进程建立一条专用的通即可以为发送进程和接收进程建立一条专用的通信链路；信链路；多对一关系多对一关系 允许提供服务的进程与多个用户进程进行交互，也允许提供服务的进程与多个用户进程进行交互，也称客户称客户/服务器交互；服务器交互；一对多关系一对多关系 允许一个发送进程与多个接收进程交互，使发送进允许一个发送进程与多个接收进程交互，使发送进程用广播的形式，发送消息；程用广播的形式，发送消息；多对多关系多对多关系 允许建立一个公用信箱，让多个进程都能向信箱投允许建立一个公用信箱，让多个进程都能向信箱

14、投递消息，也可取走属于自己的消息。递消息，也可取走属于自己的消息。2/17/202312共享内存共享内存共享内存共享内存Process AProcess BShared memorykernel共享内存通信方式的主要思想共享内存通信方式的主要思想 在在内内存存中中划划出出一一块块共共享享存存储储区区，把把需需要要交交换换的的大大量量信信息发送到该存储区中，接受进程从息发送到该存储区中，接受进程从 该区域读取信息，从而实现诸进程该区域读取信息，从而实现诸进程 间的通信。间的通信。这种通信方式属于高级通信这种通信方式属于高级通信。这种通信方式需要解决两个问题：这种通信方式需要解决两个问题：约定的区

15、域在什么地方约定的区域在什么地方 通信的进程怎样发送信息，通信的进程怎样发送信息，怎样接受信息怎样接受信息这两个问题可以通过这两个问题可以通过创建、附接、断接系统调用创建、附接、断接系统调用来解决来解决2/17/202313 A正文正文 A数据数据 A栈栈 共享区共享区 B正文正文 B数据数据 B栈栈A进程虚空间进程虚空间B进程虚空间进程虚空间内存空间内存空间共享内存的实现共享内存的实现共享内存的实现共享内存的实现2/17/202314管道通信管道通信管道通信管道通信管道（管道（pipe文件）通信（也称共享文件通信）文件）通信（也称共享文件通信）连接读写进程的一个特殊文件，允许进程按先进先出方

16、连接读写进程的一个特殊文件，允许进程按先进先出方式传送数据式传送数据,也能使进程同步执行操作。也能使进程同步执行操作。实质：实质：是一个共享文件，基本上可借助于文件系统的机是一个共享文件，基本上可借助于文件系统的机制实现，包括（管道）文件的创建、打开、关闭和读写。制实现，包括（管道）文件的创建、打开、关闭和读写。管道通信管道通信 发送进程以发送进程以字符流字符流形式把大量数据送入管道，接收进程形式把大量数据送入管道，接收进程从管道中接收数据，所以叫管道通信。从管道中接收数据，所以叫管道通信。写进程共享文件读进程2/17/202315管道通信准则管道通信准则管道通信准则管道通信准则互斥互斥 进进

17、程程对对通通信信机机构构的的使使用用应应该该互互斥斥，一一个个进进程程正正在在使使用某个管道写入或读出数据时，另一个进程就必须等待。用某个管道写入或读出数据时，另一个进程就必须等待。同步同步 当写（输入）进程把一定数量的数据写入当写（输入）进程把一定数量的数据写入pipe后，后，便去睡眠等待，直到读（输出）进程取走数据将其唤醒；便去睡眠等待，直到读（输出）进程取走数据将其唤醒；当读进程读一空当读进程读一空pipe，也应睡眠等待，直至写进程将数也应睡眠等待，直至写进程将数据写入管道，才将其唤醒。据写入管道，才将其唤醒。确定对方的存在确定对方的存在 发发送送者者和和接接收收者者双双方方必必须须能能够够知知道道对对方方是是否否存存在在，如果对方已经不存在，就没有必要再发送信息。如果对方已经不存在，就没有必要再发送信息。2/17/202316