第七章 同步与进程间的通信
进程间同步的几种方法
进程间同步的几种方法进程间同步是指两个或多个进程之间进行协调，以确保它们能够正确地执行。
这是多任务操作系统中的重要问题，因为进程之间共享资源，包括内存、文件和网络连接等。
进程同步的关键是确保一组进程在处理共享资源时，能够避免发生竞态条件（Race Condition）和死锁（Deadlock）。
竞态条件指多个进程同时访问共享资源，导致不正确的结果。
死锁指多个进程互相等待，导致它们都无法继续执行。
1. 互斥锁互斥锁是最常见的同步方法之一，它被用来保护共享资源，确保同一时刻只有一个进程可以访问它。
当一个进程获取了锁，其他进程必须等待，直到锁被释放。
在 POSIX 系统中，互斥锁可以通过 pthread_mutex_t 数据类型实现。
我们可以使用pthread_mutex_init() 函数初始化锁，使用 pthread_mutex_lock() 函数获取锁，使用pthread_mutex_unlock() 函数释放锁。
下面是一个例子，展示了如何使用互斥锁同步两个进程对共享变量的访问：```c#include <pthread.h>#include <stdio.h>int count = 0;pthread_mutex_t lock;void *increment(void *arg) {for (int i = 0; i < 1000000; i++) {pthread_mutex_lock(&lock); // 获取锁count++;pthread_mutex_unlock(&lock); // 释放锁}return NULL;}在上面的例子中，我们创建了两个线程，它们分别对共享变量 count 进行了一百万次的递增操作。
我们使用了互斥锁来保护 count 变量，确保同一时刻只有一个线程可以访问它。
2. 信号量3. 条件变量条件变量可以被用来支持更高级的同步机制，如互斥锁和信号量。
进程通信的几种方法
进程通信的几种方法进程通信是指在操作系统中，不同的进程之间进行数据交换和信息传递的过程。
在现代操作系统中，进程通信是非常重要的，因为多个进程之间的协作可以提高系统的性能和效率。
本文将介绍几种常见的进程通信方法。
1.管道通信管道通信是一种单向、半双工的通信方式，通过创建一个管道，将一个进程的输出连接到另一个进程的输入，从而实现数据的传输。
管道通信一般用于具有父子关系的进程之间或者具有共同祖先的进程之间。
2.消息队列通信消息队列通信是一种通过操作系统内核来传递消息的机制。
进程可以将消息发送到消息队列，其他进程则可以从消息队列中接收消息。
消息队列通信具有高效、可靠、灵活等特点，常用于进程之间传递数据量较大的情况。
3.共享内存通信共享内存通信是一种进程间共享内存区域的方式。
多个进程可以访问同一块内存区域，从而实现数据的共享。
共享内存通信的优点是速度快，因为进程之间不需要进行数据的复制，但是需要进程之间进行同步和互斥操作，以避免数据的冲突。
4.信号量通信信号量通信是一种通过操作系统提供的信号量机制来实现进程间同步和互斥的方式。
进程可以通过信号量来进行互斥操作，以确保共享资源的安全访问。
信号量通信常用于进程之间共享资源的管理和同步。
5.套接字通信套接字通信是一种通过网络进行进程通信的方式，常用于不同主机之间的进程通信。
套接字通信可以通过TCP或UDP协议来实现，具有跨平台、可靠性高等特点。
总结起来，进程通信是操作系统中非常重要的一部分，不同的进程之间可以通过各种方式进行数据的交换和信息的传递。
管道通信、消息队列通信、共享内存通信、信号量通信和套接字通信是常见的几种进程通信方法。
不同的通信方法适用于不同的场景，开发人员需要根据具体需求选择合适的通信方式。
进程通信的正确使用可以提高系统的性能和效率，确保系统的稳定运行。
进程间通信的几种方法
进程间通信的几种方法进程间通信是计算机系统中一种非常常见的需求，它允许多个进程在不同的地址空间中共享资源，实现信息的共享以及通信。
在计算机系统中，进程间通信的方法会根据使用的网络类型以及网络的连接有所不同。
对于进程间通信的方法，一般可以分为以下几种：（一）共享内存共享内存是一种最简单的进程间通信的方式，也是当今使用最为普遍的进程间通信方法。
在此方法中，多个进程可以访问共享内存区域，这样它们就可以直接在内存中进行通信，而且支持多个进程同时读取和写入内存中的数据，能满足多样化的通信需求，从而提高了系统的效率。
但是，由于这种方法不能实现两个进程之间的“双向”通信，因此它只能适用于一些特定的应用场景，而不能满足一般的进程间通信需求。
（二）消息传递消息传递是进程之间通信的常见方法，它允许两个进程之间进行双向通信，同时还能可靠地传输数据。
在消息传递中，多个进程可以通过将自己的传输内容发送到指定的消息服务器来实现进程间通信。
消息服务器会将这些内容发送到另一个进程，以便双方进行通信。
简单的消息传递本质上是一种客户端/服务器架构，而处理多个进程之间的通信时，可以使用一种名为“发布/订阅”的模型。
在这种模型中，发送者会将消息（即发布）发布到消息服务器上，而接收者（即订阅）可以订阅消息服务器上的那些发布消息。
（三）管道（PIPES）管道是另一种常用的进程间通信模式，它可以实现进程间的双向通信。
在管道模式中，多个进程共享一个双向管道，它们可以在这个双向管道上进行双向通信，也就是说，管道的一端可以用来发送数据，另一端可以用来接收数据。
与消息传递不同，管道不需要使用额外的服务器，因此它可以更快地传输数据，但是它也有很大的局限性，无法跨越网络，仅限于同一台机器上的多个进程之间的通信。
（四）信号量信号量是一种重要的进程间通信机制，它可以用来实现同步和互斥操作，使多个进程都能够按照规定的方式来完成工作，从而实现协作和通信。
信号量原理是通过一个数值来控制多个进程对共享资源的访问，当这个数值为正时，它允许多个进程访问共享资源，当这个数值为0时，它就不允许多个进程访问共享资源。
Python中的进程间通信
Python中的进程间通信进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）是一种进程之间传递数据和消息的方式。
在操作系统中，进程是程序在运行时分配给它的内存空间和系统资源的实例。
不同的进程可能运行在不同的计算机上或者同一台计算机上的不同CPU中。
进程间通信是实现多个进程相互合作完成任务的必要手段之一。
进程间通信的方式可以分为多种，包括管道、消息队列、共享内存、信号量等。
Python通过提供不同的模块实现了这些方式，使得进程可以在Python中相互通信，完成不同的任务，实现高效的协作。
1.管道（Pipe）管道是在两个进程之间建立的一条通信通道，可以进行双向通信。
通常情况下，一个进程的输出被重定向到管道中，另一个进程则从管道中读取输入。
在Python中可以使用os模块的pipe()方法来建立管道。
示例代码：```pythonimport ospipe = os.pipe()pid = os.fork()if pid == 0:#子进程从管道中读取数据os.close(pipe[1])data = os.read(pipe[0], 1024)print(f"子进程读取到的数据：{data}") os._exit(0)else:#父进程向管道中写入数据os.close(pipe[0])os.write(pipe[1], b"Hello, Pipe!")os.wait()```在上面的代码中，我们先调用了pipe()方法创建了一个管道，然后使用fork()方法创建了一个子进程。
子进程从管道中读取数据，父进程则向管道中写入数据，最终等待子进程结束。
2.消息队列（Message Queue）消息队列是一种进程间通信机制，可以在不同的进程之间传递消息。
消息队列通常是先进先出的，每个消息都有一个标识符来标记其类型。
在Python中可以使用sysv_ipc模块来使用消息队列。
进程同步问题总结
进程同步问题总结进程同步问题主要涉及到并发进程之间的协作和同步，以实现多进程的协同工作。
以下是进程同步问题的主要总结：1.进程同步的概念：进程同步是一种协调多个进程运行顺序的机制。
它使得进程能够在正确的时间点上，按照一定的顺序进行交互和协作。
2.进程同步的必要性：在多进程环境中，如果不同进程的执行顺序不协调，就可能导致数据不一致、竞争条件等问题。
进程同步可以解决这些问题，保证多进程环境下的正确性和可靠性。
3.进程同步的主要方法：a) 信号量（Semaphore）：信号量是一种计数器，用于控制多个进程对共享资源的访问。
信号量的值表示当前可用的共享资源数量。
通过设置信号量的初始值和使用P、V操作（或称为wait和post操作），可以实现进程的同步和互斥。
b) 互斥锁（Mutex）：互斥锁是一种同步机制，用于防止多个进程同时访问共享资源。
当一个进程获得锁时，其他进程将被阻塞，直到锁被释放。
c) 条件变量（Condition）：条件变量用于实现进程间的条件等待。
当一个进程需要等待某个条件成立时，它会使用条件变量的wait操作阻塞自己。
当另一个进程改变了条件并通知等待的进程时，被阻塞的进程将被唤醒。
d) 事件（Event）：事件是一种同步机制，用于通知其他进程某个事件已经发生。
事件通常分为信号事件和广播事件。
信号事件只通知一个进程，而广播事件通知所有等待该事件的进程。
4.死锁问题：在进程同步过程中，如果多个进程互相等待对方释放资源，就会产生死锁问题。
避免死锁的方法包括：避免循环等待、按顺序申请资源、设置超时时间等。
5.进程同步的应用：进程同步广泛应用于操作系统、并发程序设计、网络通信等领域。
例如，在操作系统中，进程同步可以用于实现进程调度、任务管理、文件系统等重要功能。
在并发程序设计中，进程同步可以用于实现多线程的协同工作、数据访问控制等功能。
在网络通信中，进程同步可以用于实现数据传输、远程过程调用等功能。
进程间通信和线程间通信的几种方式
进程间通信和线程间通信的⼏种⽅式进程进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的⼀次运⾏活动，是系统进⾏资源分配和调度的基本单位，是结构的基础。
在早期⾯向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执⾏实体；在当代⾯向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。
程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
进程是⼀个具有独⽴功能的程序关于某个数据集合的⼀次运⾏活动。
它可以申请和拥有系统资源，是⼀个动态的概念，是⼀个活动的实体。
它不只是程序的，还包括当前的活动，通过的值和处理的内容来表⽰。
进程的概念主要有两点：第⼀，进程是⼀个实体。
每⼀个进程都有它⾃⼰的地址空间，⼀般情况下，包括区域（text region）、数据区域（data region）和（stack region）。
⽂本区域存储处理器执⾏的代码；数据区域存储变量和进程执⾏期间使⽤的动态分配的内存；堆栈区域存储着活动过程调⽤的指令和本地变量。
第⼆，进程是⼀个“执⾏中的程序”。
程序是⼀个没有⽣命的实体，只有器赋予程序⽣命时（操作系统执⾏之），它才能成为⼀个活动的实体，我们称其为。
进程是具有⼀定独⽴功能的程序关于某个数据集合上的⼀次运⾏活动,进程是系统进⾏资源分配和调度的⼀个独⽴单位。
每个进程都有⾃⼰的独⽴内存空间，不同进程通过进程间通信来通信。
由于进程⽐较重量，占据独⽴的内存，所以上下⽂进程间的切换开销（栈、寄存器、虚拟内存、⽂件句柄等）⽐较⼤，但相对⽐较稳定安全。
线程线程是进程的⼀个实体,是CPU调度和分派的基本单位,它是⽐进程更⼩的能独⽴运⾏的基本单位.线程⾃⼰基本上不拥有系统资源,只拥有⼀点在运⾏中必不可少的资源(如程序计数器,⼀组寄存器和栈),但是它可与同属⼀个进程的其他的线程共享进程所拥有的全部资源。
线程间通信主要通过共享内存，上下⽂切换很快，资源开销较少，但相⽐进程不够稳定容易丢失数据。
⼀个线程可以创建和撤消另⼀个线程，同⼀进程中的多个线程之间可以并发执⾏。
操作系统与进程同步
操作系统与进程同步操作系统是计算机系统的核心软件，负责协调和管理计算机资源。
在多道程序环境下，同时运行的多个进程会共享计算机资源，并发执行。
然而，并发执行可能导致资源竞争和数据不一致等问题，因此需要操作系统提供进程同步机制来确保进程之间的合作与协调。
本文将介绍操作系统与进程同步的相关概念和常见的同步方法。
一、概念解析1.1 操作系统操作系统是计算机硬件和软件之间的桥梁，负责管理和控制计算机系统的各种资源。
它提供了一系列的接口和服务，以满足用户的需求，同时有效地协调和管理进程、内存、文件和输入输出设备等资源。
1.2 进程进程是程序在计算机系统中的一次执行过程。
每个进程都有自己的程序、数据和执行状态，是计算机系统中最基本的执行单位。
多个进程可以并发执行，共享计算机资源。
1.3 进程同步进程同步是指进程之间通过一定的机制来协调和控制它们的行为，以保证数据的完整性和一致性。
主要解决了在并发执行的情况下可能出现的资源竞争、死锁等问题。
二、同步方法2.1 临界区临界区是指一段关键代码，每次只允许一个进程进入执行。
为了保证临界区的互斥访问，采用信号量等同步机制来实现。
进程在进入临界区前需要获得相应的信号量，执行完临界区代码后释放信号量。
2.2 互斥量互斥量是一种特殊的标记，用于保证在给定的时刻只有一个进程可以进入临界区。
当一个进程进入临界区时，它会获取互斥量；而其他进程要等待当前进程释放互斥量后才能进入临界区。
2.3 信号量信号量是一种全局变量，用于控制并发进程的访问共享资源。
它是一个计数器，可以有多个进程同时对其进行操作。
当信号量的值大于等于0时，表示可以进入临界区；当信号量的值小于0时，表示需要等待其他进程释放资源。
2.4 事件事件是一种同步对象，用于进程之间的通信和协调。
它包括两种状态：有信号状态和无信号状态。
一个进程可以等待一个事件变为有信号状态，或者触发一个事件使其变为有信号状态，从而实现进程之间的同步。
进阶技巧使用Shell脚本实现进程间通信
进阶技巧使用Shell脚本实现进程间通信Shell脚本是一种强大的工具，能够帮助我们自动化任务、处理数据等。
除了这些基本功能，Shell脚本还可以实现进程间通信，使不同的进程之间能够进行数据传输和共享，提高脚本的灵活性和功能。
一、进程间通信的概念和方法进程间通信指的是不同进程之间的数据传输和共享。
在Shell脚本中，可以通过以下几种方法实现进程间通信。
1. 管道（Pipe）：管道是Shell脚本中最常用的进程间通信方法之一。
它可以将一个进程的输出作为另一个进程的输入，通过`|`符号连接两个命令，将前一个命令的输出传递给后一个命令。
2. 命名管道（Named Pipe）：命名管道是一种特殊的文件，用于进程间通信。
通过创建一个命名管道文件，可以在不同的脚本或进程之间传递数据。
3. 信号（Signal）：信号是一种用于进程间通信的异步机制。
一个进程可以发送一个信号给另一个进程，另一个进程可以通过注册信号处理函数来处理接收到的信号。
4. 共享内存（Shared Memory）：共享内存是一种使多个进程可以访问同一块内存空间的方法。
多个进程可以通过读写该共享内存区域来实现数据共享。
5. 文件锁（File Locking）：文件锁是一种机制，用于保护共享资源的访问。
多个进程可以通过文件锁来协调对共享文件的读写操作。
二、使用Shell脚本实现进程间通信的示例下面通过一个示例来展示如何使用Shell脚本实现进程间通信的各种方法。
1. 使用管道传递数据：```shell#!/bin/bash# 创建一个管道mkfifo mypipe# 写入数据到管道echo "Hello, World!" > mypipe# 从管道读取数据read data < mypipe# 输出读取到的数据echo "Data from pipe: $data"# 删除管道rm mypipe```2. 使用信号进行通信：```shell#!/bin/bash# 定义信号处理函数handle_signal() {echo "Signal received!"}# 注册信号处理函数trap 'handle_signal' SIGUSR1# 发送信号给自身kill -SIGUSR1 $$# 等待信号处理函数执行完毕sleep 1```3. 使用共享内存进行数据共享：```shell#!/bin/bash# 创建共享内存shared_mem=$(mktemp -u)touch $shared_mem# 写入数据到共享内存echo "Hello, World!" > $shared_mem # 读取共享内存的数据data=$(cat $shared_mem)# 输出读取到的数据echo "Data from shared memory: $data" # 删除共享内存rm $shared_mem```4. 使用文件锁保护共享资源：```shell#!/bin/bash# 定义锁文件路径lock_file="/var/run/mylock"# 创建锁文件并加锁exec 200>"$lock_file"flock -n 200 || exit 1# 临界区代码echo "Critical section"# 删除锁文件exec 200>&-rm "$lock_file"```以上是Shell脚本中常用的几种进程间通信方法，我们可以根据实际需求选择合适的方法。
02326操作系统自考复习资料
第二章计算机系统结构简介 第三章处理器管理 第四章存储管理 第五章文件管理 第六章设备管理第七章进程同步与进程通信 第八章死锁高效统”，即多个作业可同时装入主存储器进行运行的系统。
在多道系统中一点必须的是系统须能进行程序浮动。
所谓程序浮动是指程序可以随机地从主存的一个区域移动到另一个区域，程序被移动后仍不影响它的执行。
多道系统的好处在于提高了处理器的利用率；充分利用外围设备资源；发挥了处理器与外围设备以及外围设备之间的并行工作能力。
可以有效地提高系统中资源的利用率，增加单位时间内的算题量，从而提次执行。
由定义知进程关键组成是程序、数据集。
进程通过一个控制块来被系统所指挥，因此进程由程序、数据集和进程控制块三部分组成。
进程控制块是进程存在的唯一标志.进程是要执行的，据这点可分将进程的状态分为等待态然后是就绪态最后是运行态。
进程的基本队列也就是就绪队列和等待队列，因为进程运行了，也就用不上重定位的方式有“静态重定位”和“动把作业中的指令地址和数据地址全部转换成绝对地址。
这种转换工作是在作业开始前集中完成的，在作业执行过程中无需再进行地址。
而是直接把作业装到分配的主区域中。
在作业执行过程中，每当执行一条指令时都由硬件的地址转换机构转换n 成绝对地址。
这种方式的地址转换是在作业执行时动态完成的，所以称为动态重定位。
动态重定位由软件（操作系统）和硬件（地址转换机构）相互配合来实现。
动态重定位的系统支持“程序浮动”，而其余的用户区域作为一个连续的分区分配给用户使用。
固定分区的管理分区数目、大小固定设+下限地址已经划分好的分区中，而是在作业要求装入主存储器时，根据作业需要的主存量和当时的主存情况决定是否可以装入该作业。
+基址寄存器的值→绝对地址。
基址值≤绝对地址≤基址值+限长。
程序中的逻辑地址进行分“页”，页的大小与块的大小一致。
用页表登记块页分配情况逻辑地址的页号部分→页表中对应页号的起始地址→与逻辑地址的页内地址部分拼成绝对地址。
进程同步基本概念和原则
进程同步基本概念和原则1.引言1.1 概述进程同步是计算机科学领域中一个重要的概念。
在多任务操作系统中，多个进程并发执行，它们共享系统资源，如内存、文件等。
为了保证系统的正确性和可靠性，需要对进程的执行进行协调和管理。
进程同步的概念就是指在多个进程之间进行协作，使它们按照一定的顺序执行，以避免出现竞争状态和数据不一致的问题。
在并发执行的场景中，由于进程的执行速度和执行顺序是不可预测的，因此可能会引发一些问题，如死锁、饥饿等。
进程同步的目的是为了确保进程按照一定的次序执行，并且能够相互合作完成任务。
通过合理的同步机制，可以避免竞争条件，保证数据的一致性，提高系统的效率和稳定性。
为了实现进程同步，可以使用一些基本的同步机制，如互斥量、信号量、条件变量等。
这些机制通过提供临界区、等待和唤醒等操作，实现了进程之间的协调和合作。
在本文中，我们将介绍进程同步的基本概念和原则。
首先，我们将对进程同步的概念进行详细阐述，介绍其在多任务操作系统中的作用和意义。
然后，我们将介绍一些常用的进程同步原则，包括互斥、同步、顺序等。
通过深入理解这些基本概念和原则，可以帮助读者更好地理解进程同步的内在机制和实现方式。
本文旨在提供关于进程同步的基本知识和理论，并为读者进一步研究和应用进程同步提供参考。
最后，我们将对本文的内容进行总结，并展望进程同步在未来的发展方向。
希望本文能够对读者加深对进程同步的理解，并在实际应用中发挥积极的作用。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以按照以下方式编写："1.2 文章结构本文分为三个主要部分，包括引言、正文和结论。
引言部分主要对进程同步的主题进行概述，简要介绍进程同步的基本概念和相关原则。
同时，引言部分还介绍了本文的结构，并说明了文章的目的。
正文部分分为2个小节，分别是进程同步基本概念和进程同步原则。
在进程同步基本概念部分，我们将详细介绍什么是进程同步，为什么需要进行进程同步以及进程同步的基本概念和相关术语。
自考操作系统原理第七章进程同步与进程通信
process Pi (i=1,2,…) begin
Ri:=Ak; if Ri>=1 then
begin Ri:= Ri -1; Ak = Ri 输出一张票；
end; else 输出”票已售完“ end;
8
假设某时刻Ak为5，A、B两个人同时在2号3号窗口买票
把并发进程中与共享变量有关的程序段称为临界区。 涉及相同共享变量的临界区称为相关临界区。
process Observer begin
L1:observe a lorry; count: = count + 1; goto L1;
end;
process Reporter begin
print count; count := 0; end;
L1:observe a lorry; count: = count + 1; goto L1;
end;
process Reporter begin
print count; count := 0; end;
7
例2：航班售票系统
Ak代表某天某次航班的 剩余票数；
Pi代表售票处理进程；
Ri是每个售票进程的私 有变量；
end; else 输出”票已售完“ end;
process P3 begin
Ri:=Ak;
if Ri>=1 then begin
Ri:= Ri -1; Ak = Ri 输出一张票；
end; else 输出”票已售完“ end;
14
假设某时刻Ak为5，A、B两个人同时在2号3号窗口买票
process P2 begin
有两个进程A和B，它们各自顺序执行时的操作序 列如下：
操作系统：进程线程同步的方式和机制,进程间通信
操作系统：进程/线程同步的方式和机制，进程间通信一、进程/线程间同步机制。
临界区、互斥区、事件、信号量四种方式临界区（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信号量（Semaphore）、事件（Eve nt）的区别1、临界区：通过对多线程的串行化来访问公共资源或一段代码，速度快，适合控制数据访问。
在任意时刻只允许一个线程对共享资源进行访问，如果有多个线程试图访问公共资源，那么在有一个线程进入后，其他试图访问公共资源的线程将被挂起，并一直等到进入临界区的线程离开，临界区在被释放后，其他线程才可以抢占。
2、互斥量：采用互斥对象机制。
只有拥有互斥对象的线程才有访问公共资源的权限，因为互斥对象只有一个，所以能保证公共资源不会同时被多个线程访问。
互斥不仅能实现同一应用程序的公共资源安全共享，还能实现不同应用程序的公共资源安全共享 .互斥量比临界区复杂。
因为使用互斥不仅仅能够在同一应用程序不同线程中实现资源的安全共享，而且可以在不同应用程序的线程之间实现对资源的安全共享。
3、信号量：它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目 .信号量对象对线程的同步方式与前面几种方法不同，信号允许多个线程同时使用共享资源，这与操作系统中的PV操作相同。
它指出了同时访问共享资源的线程最大数目。
它允许多个线程在同一时刻访问同一资源，但是需要限制在同一时刻访问此资源的最大线程数目。
PV操作及信号量的概念都是由荷兰科学家E.W.Dijkstra提出的。
信号量S是一个整数，S大于等于零时代表可供并发进程使用的资源实体数，但S小于零时则表示正在等待使用共享资源的进程数。
P操作申请资源：（1）S减1；（2）若S减1后仍大于等于零，则进程继续执行；（3）若S减1后小于零，则该进程被阻塞后进入与该信号相对应的队列中，然后转入进程调度。
V操作释放资源：（1）S加1；（2）若相加结果大于零，则进程继续执行；（3）若相加结果小于等于零，则从该信号的等待队列中唤醒一个等待进程，然后再返回原进程继续执行或转入进程调度。
Linux程序设计——技术技巧与项目实践---进程调度与通信编程--第7章解析
2018/11/3
7.1 Linux下的进程概述
7.1.1 进程的概念
2
• Linux作为多用户操作系统，支持多道程序设计、分时处理和软实时处 理，带有微内核的一些特征，在程序设计时需引进进程机制。当前正 在运行的程序称为进程，对进程的监视和控制是linux系统管理员的核 心任务。管理员可以终止或重启一个进程，也可以指定一个新的优先 级。命令“ps”和“top”用于查看当前进程列表。如何用这些命令管理 linux系统中的进程请参见本书第三章中的“3.7 进程管理命令”一节。 • 监视linux的标准工具ps（process status）返回正在运行程序的信息， 包括程序运行的用户名，CPU运行份额和时间。如果要手工终止程序 或确定哪个程序让系统变慢，这些信息很有用。监视和控制进程很有 必要。 • 使用ps、top、kill和renice命令可以看到进程的运行情况并对它们进行 控制。进程是操作系统调度单位，进程PCB用一个名为task_struct的结 构体表示，定义在/include／linux／sehed.h中。每个task_struct结构占 1680字节，系统中最大进程数由系统物理内存大小决定。每当创建一 个新进程时，便在内存中申请一个空task_struct结构，填入需要的信息。
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2018/11/3
5
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5)unsigned long policy 表示该进程的进程调度策略。调度策略有: · SCHED_OTHER 0，非实时进程，用基于优先权的轮转法。 · SCHED_ FIFO 1，实时进程，用先进先出算法。 · SCHED_RR 2，实时进程，用基于优先权的轮转法。
进程同步问题实例PPT课件
REPORT
CATALOG
DATE
ANALYSIS
SUMMAR Y
03
进程同步问题的解决方 案
使用信号量解决生产者-消费者问题
生产者-消费者问题描述
生产者和消费者共享一个缓冲区，生产者将数据放入缓冲区，消费者从缓冲区取出数据。 当缓冲区满时，生产者需要等待消费者消费数据；当缓冲区为空时，消费者需要等待生
SUMMAR Y
05
进程同步问题的应用场 景
并行计算中的进程同步问题
01
任务划分
资源共享
02
03
结果整合
在并行计算中，进程需要同步以 划分任务和确定任务执行的顺序。
进程在并行计算中需要同步以避 免资源竞争和死锁，确保资源使 用的正确性和安全性。
并行计算中的进程需要同步以整 合各个进程的计算结果，确保最 终结果的正确性。
使用并发编程语言提供的机制实现进程同步
通道（Channel）
事件（Event）
信号（Signal）
通道是一种用于进程间通信的机制，可以用 于实现同步操作。通过通道，一个进程可以 将消息发送给另一个进程，接收消息的进程 在接收到消息后可以继续执行后续操作。
事件是一种特殊的信号量，用于实现 进程间的同步。一个进程可以等待某 个事件的发生，当事件发生时，该进 程会被唤醒并继续执行后续操作。
产者生产数据。
信号量解决思路
使用两个信号量，一个表示缓冲区的空闲数量，一个表示缓冲区的总容量。当生产者生产数据时，需要先获 取空闲缓冲区的信号量，然后将数据放入缓冲区并释放一个空闲缓冲区的信号量；当消费者消费数据时，需
要先获取一个空闲缓冲区的信号量，然后从缓冲区取出数据并释放一个总容量的信号量。
操作系统中的进程间通信与同步机制
操作系统中的进程间通信与同步机制在计算机领域中，操作系统是一个必不可少的软件，它管理着计算机硬件和软件资源，并且为用户和应用程序提供了一个运行环境。
而进程是操作系统中执行中的程序实例，它是计算机资源分配、调度和执行的基本单位。
在一个操作系统中，多个进程常常需要进行通信和同步，以便进行数据传递和协调工作。
本文将讨论操作系统中的进程间通信与同步机制。
一、进程间通信（IPC）进程间通信，简称IPC（Inter-Process Communication），是指不同进程之间相互交换数据和信息的一种机制。
它允许进程之间共享资源、传递消息和协调活动。
在操作系统中，有几种常见的IPC机制，包括管道、共享内存、消息队列和套接字等。
1. 管道（Pipe）管道是一种最简单的进程间通信机制，它创建了一个字节流管道，一个进程的输出可以直接作为另一个进程的输入。
在Unix/Linux系统中，使用pipe()系统调用创建一个管道，典型的管道用法是通过fork()系统调用创建一个子进程，其中一个进程通过管道向另一个进程传递数据。
2. 共享内存（Shared Memory）共享内存是一种进程间通信的高效机制，它允许多个进程访问同一个内存区域，从而实现数据的共享。
在操作系统中，使用共享内存可以显著提高进程间通信的速度。
常见的共享内存接口包括shmget、shmat和shmdt等。
3. 消息队列（Message Queue）消息队列是一种进程间通信的方式，它通过在消息队列中传递和接收消息来实现进程间的数据交换。
在操作系统中，消息队列常用于解决生产者-消费者问题，其中一个进程将数据发送到消息队列，另一个进程从消息队列中接收数据。
4. 套接字（Socket）套接字是一种进程间通信的通用机制，它允许不同计算机上的进程通过网络进行通信。
套接字可以进行不同类型的通信，包括面向连接的socket和面向无连接的socket。
在操作系统中，套接字常用于实现分布式系统和网络应用程序。
Shell脚本编写如何实现进程间同步和通信
Shell脚本编写如何实现进程间同步和通信Shell脚本是一种在Unix系统下进行脚本程序设计的一种语言。
它可以用来执行一系列的命令来完成特定任务。
在编写Shell脚本时，有时候需要实现进程间的同步和通信，以确保多个进程之间的协作和互动。
本文将介绍如何使用Shell脚本来实现进程间的同步和通信。
一、进程间同步的方法1. 文件锁定（File Locking）文件锁定是一种进程间同步的方法，它通过对共享文件进行锁定来实现进程之间的同步。
在Shell脚本中，可以使用`flock`命令来进行文件锁定。
下面是一个简单的示例：```bash#!/bin/bash# 创建一个锁文件lock_file=/tmp/lock_file# 锁定文件exec 200>>"$lock_file"flock -n 200 || exit 1# 在锁定范围内执行需要同步的代码# ...# 解锁文件flock -u 200```在上面的示例中，我们通过创建一个文件作为锁文件，并使用`flock`命令对该文件进行锁定。
只有获取到锁的进程才能执行后续的代码，其他进程将会被阻塞。
在执行完需要同步的代码后，使用`flock -u`命令来解锁文件。
2. 信号量（Semaphore）信号量是一种进程间同步的方法，它主要用于控制对共享资源的访问。
在Shell脚本中，可以使用`kill`命令来发送信号。
下面是一个简单的示例：```bash#!/bin/bash# 创建一个信号量semaphore_file=/tmp/semaphore_fileecho 1 > "$semaphore_file"# 获取信号量while true; doif ln "$semaphore_file" "$semaphore_file.lock" 2>/dev/null; thenbreakelsesleep 1fidone# 在信号量获得之后执行需要同步的代码# ...# 释放信号量rm -f "$semaphore_file.lock"```在上面的示例中，我们通过创建一个文件来充当信号量，使用`ln`命令来创建一个文件链接。
进程同步的方法
进程同步的方法
进程同步指的是在多个进程间实现互斥、协作和同步执行的方法。
以下是常见的几种进程同步方法：
1. 互斥锁
互斥锁是最常用的进程同步方法之一，在程序中通过加锁和解锁
来控制对共享资源的访问。
当一个进程已经持有了互斥锁时，其他进
程就需要等待锁被释放后才能获得锁。
互斥锁可以避免多个进程同时
修改同一个共享资源导致数据的混乱。
2. 信号量
信号量是一种计数器，用于控制对共享资源的访问。
当一个进程
需要使用共享资源时，它会尝试获得信号量，如果信号量的值大于零，则进程可以获得资源，并将信号量的值减一，表示该进程占用了一个
资源。
当进程使用完共享资源后，它会将信号量的值加一，表示释放
了该资源，其他进程则可以继续使用。
3. 事件
事件是一种进程同步方法，用于在多个进程间实现协作和同步执行。
它是一种对信号的扩展，可以用来通知进程发生了某个事件。
当
一个进程需要等待某个事件发生时，它会阻塞等待，直到事件触发后
才被唤醒继续执行。
4. 管程
管程是一种高级的进程同步方法，用于更为复杂的共享资源管理和多进程协作。
它是一种抽象的程序设计模型，其中包含了一组共享数据结构和一组操作这些数据结构的过程。
管程通过提供一些原始操作（如发送信号、等待事件等）来保证多个进程之间的正确协作和同步执行。
以上是常见的几种进程同步方法，应根据具体场景和需求选择合适的方法。
在编写程序时，应遵循好的编程习惯，充分测试程序，避免出现死锁等问题，以确保程序的正确性和稳定性。
Python中的多进程同步
Python中的多进程同步引言在并行计算中，进程同步和进程通信是两个主要的问题。
在一个包含多个进程的系统中，进程之间需要协调彼此的行为，以使得系统能够按照预期的方式运行。
在这样的系统中，多进程同步（Multiprocessing synchronization）变得非常重要。
Python作为一种流行的编程语言，提供了许多用于多进程同步的工具。
本文将介绍Python中的多进程同步问题，并介绍如何使用Python提供的工具来实现进程同步。
背景在单处理器系统中，进程是按照某种顺序依次执行的。
在多处理器系统中，多个进程可以同时执行。
但是，在访问共享资源时，可能会出现问题。
例如，如果两个进程同时尝试修改同一个变量，则可能会导致不可预测的结果。
为了避免这种情况发生，需要使用多进程同步机制。
多进程同步机制的基本思想是，在进程之间建立某种类型的协调机制，以确保所有进程按照预期的顺序执行。
这意味着，各个进程之间需要通信，并协作完成特定的任务。
Python提供了许多工具，可以帮助我们实现多进程同步。
Python中的多进程同步在Python中，主要有三种方式实现多进程同步：1.互斥量互斥量是一种锁机制，可以确保在给定时间内只有一个进程可以访问共享资源。
当一个进程访问共享资源时，它会获取互斥量并锁定共享资源，这意味着其他进程无法访问该资源。
当该进程完成任务时，会释放互斥量，允许其他进程访问共享资源。
Python的multiprocessing模块提供了Lock()函数，可以创建互斥锁对象。
在使用互斥锁对象时，需要使用acquire()函数获取锁，并在完成任务后使用release()函数释放锁。
例如，下面的代码使用互斥锁确保在给定时间内只有一个进程访问共享资源：```pythonfrom multiprocessing import Process, Lock def f(l, i):l.acquire()print ('hello world', i)l.release()if __name__ == '__main__':lock = Lock()for num in range(10):Process(target=f, args=(lock, num)).start() ```输出：```hello world 0hello world 1hello world 2hello world 3hello world 4hello world 5hello world 6hello world 7hello world 8hello world 9```2.条件变量条件变量是一种信号机制，可以确保在给定条件下只有一个进程可以执行。
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7.2 进程同步(2)
进程间的通信
低级通信：包括用原语sleep、wakeup和软中断信 低级通信：包括用原语sleep、wakeup和软中断信 原语sleep 号方式。 号方式。 管道通信：使用管道文件，传递进程间信息（ 管道文件 管道通信：使用管道文件，传递进程间信息（有名 和无名管道）。 和无名管道）。 IPC通信 使用消息 通信： 消息机制用于进程间大量的数据传 IPC通信：使用消息机制用于进程间大量的数据传 送。
信号的产生
常用系统函数有： 常用系统函数有： kill() 向其他进程发送信号 raise() 向当前进程发送信号 alarm() 设置定时器，定时器到期， 设置定时器，定时器到期，产生 SIGALRM信号 信号 setitimer() 设置定时器，比alarm() 精度高 设置定时器， abort() 向进程发送SIGABRT信号，导致程序 信号， 向进程发送 信号 非正常终止
getitimer()与setitimer() 与
#include <sys/times.h> int getitimer(int which,struct itimerval *value); int setitimer(int which,const struct itimerval *value, struct itimerval *ovalue);
7.1 线程同步(5)
典型代码
int rc; rc=pthread_mutex_lock(&a_mutex);/*加锁操作 加锁操作*/ 加锁操作 if(rc) { cout<<“pthread_mutex_lock error”; “ ” pthread_exit(NULL); } … …/*关键代码 关键代码*/ 关键代码 rc=pthread_mutex_unlock(&a_mutex);/*解锁操作 解锁操作*/ 解锁操作 if(rc) { cout<<“pthread_mutex_unlock error”; “ ” pthread_exit(NULL); }
ห้องสมุดไป่ตู้
POSIX定义的常用信号 POSIX定义的常用信号
信号 SIGINT SIGQUIT SIGABRT SIGKILL SIGALRM SIGUSER1 SIGUSER2 SIGCHLD SIGSTOP 动作 A A C AEF A A A B DEF 注释 来自键盘的中断信号 来自键盘的退出信号 由abort发送终止信号 发送终止信号 由KILL杀死进程信号 杀死进程信号 由alarn时钟中断信号 时钟中断信号 用户自定义信号1 用户自定义信号1 用户自定义信号2 用户自定义信号 子进程终止信号 停止进程
7.2 进程同步(5)
kill()与raise() 与
#include <sys/types.h> #include <signal.h> int kill(pid_t pid,int sig); int raise(int sig); 其中： 其中： pid>0，信号sig发送到进程号为 的进程； pid>0，信号sig发送到进程号为pid的进程； 发送到进程号为pid的进程 pid==0，信号发送到与发送进程处于同一进程组的进程； ，信号发送到与发送进程处于同一进程组的进程； pid<-1，信号发送到进程组 为-pid的所有进程； 的所有进程； ，信号发送到进程组ID为 的所有进程 pid==-1，未指定。 ，未指定。 sig==0，不发送任何信号，但进行错误检查，用于检测是否有 ，不发送任何信号，但进行错误检查， 向指定进程发送信号的许可。 向指定进程发送信号的许可。 注意： 等价于kill(getpid(),sig) 注意：raise(sig)等价于 等价于
abort()
#include <stdlib.h> void abort(void);
7.2 进程同步(7)
信号的捕获
调用格式： 调用格式：#include <signal.h> int sig,func(),(*funcp)(); funcp=signal(sig,func); 其中： sig为接收信号类型 SIGKILL不能被捕获和处理 为接收信号类型( 不能被捕获和处理） 其中： sig为接收信号类型(SIGKILL不能被捕获和处理） func()指定进程接收到信号后执行的动作 func()指定进程接收到信号后执行的动作 （1）SIG_IGN 忽略接收的信号 （2）SIG_DFL 恢复对信号的缺省处理 一个返回值为整数的函数的地址， （3）一个返回值为整数的函数的地址，即函数名 signal.h中 在signal.h中，有： ＃define SIG_DFL (int(*))0 ＃define SIG_IGN (int(*))1
7.1 线程同步(3)
互斥锁的初始化和消除
使用互斥锁前，必须对其进行初始化；不用时， 使用互斥锁前，必须对其进行初始化；不用时，应撤消它 静态初始化方法 互斥锁 pthread_mutex_t mutex=PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER; 动态初始化方法 指向互斥锁 #include <pthread.h> int pthread_mutex_init(pthread_mutex_t *mutex, const pthread_mutexattr_t *attr); 成功返回0，否则返回错误码 成功返回 ， 互斥锁属性， 互斥锁属性， 撤消互斥锁（若动态） 撤消互斥锁（若动态） 一般为NULL 一般为 int pthread_mutex_destroy(pthread_mutex_t *mutex); 成功返回0， 成功返回 ，否则返回错误码
7.2 进程同步(3)
信号处理
信号是软中断，信号有名称(SIG开头 和对应的编号P167 信号是软中断，信号有名称 开头)和对应的编号 是软中断 开头 和对应的编号 产生信号的方法有多种 的方法有多种， 产生信号的方法有多种，如^C、硬件异常、kill、设置定时器 、硬件异常、 、 等。 处理信号由系统完成 通过函数调用完成三个特定动作之一： 由系统完成， 处理信号由系统完成，通过函数调用完成三个特定动作之一： 忽略信号SIG_IGN 忽略信号SIG_IGN 捕获信号（自定义函数） 捕获信号（自定义函数） 执行默认动作SIG_DFL等 执行默认动作 等 可能会返回错误值errno 可能会返回错误值 注意:SIGKILL和SIGSTOP信号不能忽略，它们是超级用户提供 信号不能忽略， 注意 和 信号不能忽略 杀死和停止进程的必要方法。 杀死和停止进程的必要方法。
A表示默认动作是终止进程 表示默认动作是终止进程 B表示默认动作是忽略信号 表示默认动作是忽略信号 C表示默认动作是系统内核转储 表示默认动作是系统内核转储 D表示默认动作是停止进程 表示默认动作是停止进程 E表示信号不能被捕获 表示信号不能被捕获 F表示信号不能被忽略 表示信号不能被忽略
7.2 进程同步(4)
第七章 同步及进程间通信
线程同步 进程同步 进程间通信
7.1 线程同步(1)
线程同步基础
由于同一进程可包括多个线程，这些线程又共享相同 由于同一进程可包括多个线程， 的内存空间，不同的线程可以存取相同的全局变量、 的内存空间，不同的线程可以存取相同的全局变量、 相同的堆数据和文件描述符等。 相同的堆数据和文件描述符等。 对于多线程非共享数据 考虑服务器的安全性问题， 非共享数据， 对于多线程非共享数据，考虑服务器的安全性问题， 可采用线程专用数据 线程专用数据TSD等方法解决。 等方法解决。 可采用线程专用数据 等方法解决 对于多线程共享数据和进程资源时必须使用同步机制 共享数据和进程资源时必须使用同步机制。 对于多线程共享数据和进程资源时必须使用同步机制。 例如： 例如： struct employee { int id; char name[10];} 若两个线程同时修改一个结构， 若两个线程同时修改一个结构，就可能造成数据的不 一致性，必须通过同步机制予以控制。 一致性，必须通过同步机制予以控制。
7.1 线程同步(6)
实例
程序名称： 程序名称：mutex.cpp 功能描述：使用互斥锁。该实例包含三个线程， 功能描述：使用互斥锁。该实例包含三个线程，第1个线程反复 个线程反复 将雇员1的记录 的记录(employee[1])拷入 拷入winner记录中，第2个线程 记录中， 将雇员 的记录 拷入 记录中 个线程 反复将雇员2的记录 的记录(employee[2])拷入 拷入winner记录中，第3个 记录中， 反复将雇员 的记录 拷入 记录中 个 线程（主线程）检查winner记录中的数据是否完整。 线程（主线程）检查 记录中的数据是否完整。 记录中的数据是否完整 运行结果： 运行结果： $ ./mutex Employees contents was always consistent 结果分析: 结果分析 若去掉加锁和解锁的程序行，会出现数据的不一致。 若去掉加锁和解锁的程序行，会出现数据的不一致。 结果表明在多线程环境下， 结果表明在多线程环境下，互斥锁可以保护共享数据的完整性
7.2 进程同步(6)
alarm()
#include <unistd.h> unsigned int alarm(unsigned int seconds); 其中： 为定时器设置的秒数， 其中： seconds为定时器设置的秒数，到期后产生 为定时器设置的秒数 到期后产生SIGALRM 信号。 信号。
7.1 线程同步(2)
互斥锁概念
互斥锁是提供线程同步的一种机制，是一种锁， 互斥锁是提供线程同步的一种机制，是一种锁，用以保护线程 代码中共享数据结构的完整性，其特点为： 代码中共享数据结构的完整性，其特点为： 对互斥锁的操作（加锁/解锁 是原子操作， 解锁） 对互斥锁的操作（加锁 解锁）是原子操作，操作系统保证同 时只有一个线程能成功完成对一个互斥锁的加锁操作。 时只有一个线程能成功完成对一个互斥锁的加锁操作。 若一个线程已经对某一互斥锁进行了加锁，其他线程只有等 若一个线程已经对某一互斥锁进行了加锁， 待该互斥锁被解锁后，才能完成加锁操作。 待该互斥锁被解锁后，才能完成加锁操作。 若一个线程已经对某一加锁的互斥锁进行了加锁操作， 若一个线程已经对某一加锁的互斥锁进行了加锁操作，该线 程被挂起，待该互斥锁被解锁后， 程被挂起，待该互斥锁被解锁后，该线程被唤醒并完成加锁 操作。 操作。 注意：可使用以下伪代码实现数据完整性： 注意：可使用以下伪代码实现数据完整性： 加锁互斥锁 … …（修改共享变量） （修改共享变量） 解锁互斥锁