进程通信第七组21页PPT

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linux进程间通信（IPC）由以下几部分发展而来：
早期UNIX进程间通信、基于System V进程间通信、 基于Socket进程间通信和POSIX进程间通信。
UNIX进程间通信方式包括：管道、FIFO、信号。
System V进程间通信方式包括：System V消息队 列、System V信号灯、System V共享内存。
普通的Linux shell都允许重定向，而重定向使用的就是 管道。例如：
ps | grep vsftpd
管道是单向的、先进先出的、无结构的、固定大小的字 节流，它把一个进程的标准输出和另一个进程的标准输入 连接在一起。写进程在管道的尾端写入数据，读进程在管 道的首端读出数据。数据读出后将从管道中移走，其它读 进程都不能再读到这些数据。管道提供了简单的流控制机 制。进程试图读空管道时，在有数据写入管道前，进程将 一直阻塞。同样，管道已经满时，进程再试图写管道，在 其它进程从管道中移走数据之前，写进程将一直阻塞。
if((fp=popen(cmd,"r"))==NULL)
perror("popen");
while((fgets(buf,BUFSIZE,fp))!=NULL)
POSIX进程间通信包括：posix消息队列、posix信 号灯、posix共享内存。
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现在linux使用的进程间通信方式： （1）管道（pipe）和有名管道（FIFO） （2）信号（signal） （3）消息队列 （4）共享内存 （5）信号量 （6）套接字（socket）
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2、管道通信
必须在系统调用fork( )中调用pipe( )，否则子进 程将不会继承文件描述符。

main()
{ int k,p1;
while((p1=fork())==-1);
//创建子进程
if(p1>0)
//父进程返回
{ for(k=1;k<4;k++) //显示3行信息
{ printf("How are you !\n");
sleep(1);
}
kill(p1,12); //发软中断信号给子进程
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[例] 父子进程同步要求如下： 父进程创建一个子进程，在父进程中显示3行"How are you ! "然后发软中断信号给子进程，再等待子 进程终止后输出结束信息"OK！"，然后终止执行。 子进程中循环显示"I'm child" ，当接收到父进程发 来的软信号后停止循环，显示"Child exited! "并终 止执行。
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Linux进程低级通信
Linux提供了同步、互斥及软中断的系统调用/库函数：
lockf(fd,function,size) 可用于互斥 fcntl 文件控制函数(根据文件描述词来操作文件的特性)。 wait() 用于父子进程间的同步 sleep(n) 使当前进程睡眠n秒后自动唤醒自己 kill(pid,sig)传递软中断信号 signal(sig,func)接收软中断信号
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
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发送软中断信号函数
int kill ( pid , sig )
pid——表示一个或一组进程的标识符： 当pid>0时，将信号发送给指定pid的进程； 当pid=0时，将信号发送给同组的所有进程； 当pid=-1时，将信号发送给以下所有满足条件的进程：该进 程用户标识符等于发送进程有效用户标识符； sig——软中断信号的序号或名称

Windows has no concept of process hierarchy
all processes are created equal
进程状态(1)
Possible process states
running blocked ready
Transitions between states
线程：线程模型(thread model)
线程的优点
在同一地址空间和分配的资源中实现多个并 行工作的实体
创建/销毁容易 提高性能 在多CPU机器上实现真正并行
线程使用(thread usage)
A word processor with three threads
线程使用(thread usage)
A multithreaded Web server
线程使用(thread usage)
Rough outline of code for previous slide
(a) Dispatcher thread (b) Worker thread
线程使用(thread usage)
Three ways to construct a server
进程表项
控制信息
进程当前状态(process state) 进程优先级(priority – 调度的重要依据)
占有CPU时间 占据内存时间等
中断与软中断处理的有关参数 各种计时信息(进程及其后代所占时间）
进程表项
资源管理信息
存储区位置及其长度 共享程序段大小及起始位置 输入/输出设备的设备号，传送长度、缓冲
线程：线程模型(thread model)
线程状态
running blocked ready terminated

进程同步和进程通信课件
第4章 进程同步与进程通信
进程同步使得进程之间能够相互协作和有序使用资
源。
进程通信是进程之间数据的相互交换和信息的相互
传递。
本章目录
• 4.1 进程并发 • 4.2 临界区管理 • 4.3 信号量机制 • 4.4 用信号量解决经典进程同步问题 • 4.5 管程 • 4.6 进程通信 • 4.7 线程的同步和通信
2020/6/9
《计算机操作系统》- 第4章
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进程并发性举例（续）
•A→ B
程序A：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为1*/ 程序B：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为2*/
2020/6/9
《计算机操作系统》- 第4章
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• 协作的进程之间存在数据或变量等的共享
关系，进程的推进顺序受到一定的限制，
进程推进需要按照特定的顺序进行，否则
会发生进程执行结果的不可再现与不确定的情况。2020/6来自9进程并发性举例（续）
•B→ A
程序B：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为1*/ 程序A：N = N + 1； print（N）； /* 此时打印出的结果为2*/
2020/6/9
《计算机操作系统》- 第4章
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进程并发性举例（续）
• A → B → A → B (A、B交替进行)
《计算机操作系统》- 第4章
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4.1.3 进程间的竞争和协作
• 并发执行的进程以各自的速度向前推进，
相互之间构成了相互竞争资源和相互协作

wait(0);
if( ( r = read( fd[0], s, 50) ) == -1) printf( "can't read pipe\n");
else printf( "%s\n", s );
exit(0);
}
} }/* main end */
3.6 进程通信
3.6.1 进程通信类型
4.客户-服务器系统通信（C/S模式）
进程通信
1. 进程通信类型
• 共享存储器系统通信 • 管道通信 • 消息传递系统通信 • 客户-服务器系统通信
2. 消息缓冲队列通信机制
3. Linux进程通信相关系统调用
3.6 进程通信
3.6.1 进程通信类型
1.分析说明共享存储器系统通信的基本概 念及性能特点 2.说明消息传递系统通信基本概念 （1）直接通信概念及类型 （2）间接通信概念 3.说明管道通信概念 （1）无名管道概念 （2）有名管道概念 4.客户/服务器系统通信（自学） （1）socket概念及通信流程 （2）远程过程调用概念及流程
signal(freebuf_mutex); signal(freebuf_sm);
3.1 进程通信
哪个小组来 总结下？
本节知识小结
1. 共享存储器系统通信的基本概念及性能特点 2. 消息传递系统通信基本概念：直接通信、间接通信 3. 管道通信概念：无名管道、有名管道 4. 消息缓冲队列通信机制的基本思想： （1）发送原语实现过程 （2）接收原语实现过程
直
接 同步
通 信
关系
阻塞发送，阻塞接收 无阻塞发送，无阻塞接收 无阻塞发送，阻塞接收
2.消息传递系统通信

●记录型信号灯的定义 struct semaphore{
int value; struct PCB *queue; }
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信号灯的PV操作
void wait(semaphore s)
{ s.value = s.value - 1;
if (s.value < 0)
block(s.queue);
/* 将进程阻塞，并将其投入等待队列s.queue */
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用软件方法处理互斥问题
——双标志、先修正后检查算法
//进程0 flag[0]=true; while (flag[1]) //什么也不做; 临界区; flag[0] =false; 剩余区;
//进程1 flag[1]=true; while (flag[0]) //什么也不做; 临界区; flag[1] =false ; 剩余区;
第3章 进程同步与通 讯
本章要点
●进程同步与互斥
●经典进程同步问题
●AND信号量 ●管程 ●进程通讯
● 3.1 进程的同步与互斥
同步与互斥的引入
● OS引入进程后，由于进程的异步性，能够会导致程序 执行结果的不确定性，使程序执行时出现不可再现性。
●进程互斥与同步的主要义务是使并发执行的诸进程之 间能有效地共享资源和相互协作，从而使程序的执行具 有可再现性。
{while (true)
{while (true)
{produce an item in data_p; { P(full);
P(mutex);
P(empty);
data_c = buffer[j];
P(mutex);
j = (j + 1) % n;
buffer[i] = data_p; i = (i + 1) % n; V(mutex); V(full);}

61、奢侈是舒适的，否则就不是奢侈 。——CocoCha nel 62、少而好学，如日出之阳；壮而好学 ，如日 中之光 ；志而 好学， 如炳烛 之光。 ——刘 向 63、三军可夺帅也，匹夫不可夺志也。 ——孔 丘 64、人生就是学校。在那里，与其说好 的教师 是幸福 ，不如 说好的 教师是 不幸。 ——海 贝尔 65、接受挑战，就可以享受胜利的喜悦 。——杰纳勒 尔·乔治·S·巴顿
操作系统-进程通信
16、自己选择的路、跪着也要把它走 完。 17、一般情况下)不想三年以后的事， 只想现 在的事 。现在 有成就 ，以后 才能更 辉煌。
18、敢于向黑暗宣战的人，心里必须 充满光 明。 19、学习的关键--重复。
20、懦弱的人只会裹足不前，莽撞的 人只能 引为烧 身，只 有真正 勇敢的 人才能 所向披 靡。
谢谢！

2021/5/8
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同步(Synchronism)
如上所说，一般意义上的同步，指的是相互协调、步伐 一致的关系。这里所说的进程之间的同步，包含有两层 意思，一是指有协作关系的若干个进程要协调它们之间 的相对速度，二是指有数据相关的若干个进程要正确地 确定它们之间的执行顺序。对第一种同步，看书上P56的 举例。
信号灯(semaphore)，也叫信号量，是一种记录型 数据结构，由信号量的值和信号量的指针量部分 组成，如下所示。
S.Value S.pointor
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；信号量的值，整数； ；在此信号量上等待的进程队列的队首指针；
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算法1
void p(int i) { while （true） { while （turn!＝i）{ }； critical section ； turn＝j ； non-critical section； } } 该算法的问题是:空闲不让进。例如，当turn=i 时，Pi 不想进，这时临介区是空闲的，但Pj不能进。问题就在于， turn值的修改是在进入临介区之后进行。
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4.1. 互斥与同步的基本概念
互斥与同步是同一问题的两个侧面，同步，最基本的含义是 相互协调，步伐一致，从这个意义上讲，互斥也是一种同步。
互斥(mutual exclusion)：所谓互斥指的是多个进程之间相互 排斥地使用临界资源(CR:Critical Resource)这样一种相互制约 关系。而临界资源，就是一次只允许一个进程使用的资源， 也就是说，在一个进程未使用完之前，另一个进程不得开始 使用。输入机、打印机、磁带机等，是“硬”临界资源的例子； 而多个进程共用的数据、表格、队列等则是“软”临界资源的 例子。这些资源为什么要互斥使用呢？因为不互斥使用就会 出现错误。譬如说打印机，如果不互斥使用，则有可能将两 个或多个进程的结果打在同一张纸上，如何区分呢!