进程通信

remove(m)描述如下： remove(m): begin local x Ｐ（mesnum） 选择满格x 把满格x中的消息取出放m中 置格x标志为空 Ｖ（fromnum） end
3.7.5 管道通信系统 管道是用于连接读进程和写进程的文件以实现 它们之间通信的共享文件，称pipe文件。向管道 提供输入的进程（称写进程），以字符流的形式 将大量数据送入管道，而接收管道输出的进程 （读进程）可从管道中接收数据。该方式首创于 UNIX，它能传送大量数据，被广泛采用。
2.安全状态
如 果 系 统 能 按 某 种 顺 序 （ 如 P4 ， P1，…,Pn, 称为安全序列）为每个进程分 配其所需的资源，直至所有进程都能运行 完成，称系统处于安全状态。 若不存在这样一个安全序列称系统处 于不安全状态。
3. 我们通过一个例子来说明安全性。假定系 统中有三个进程 P1 、 P2 和 P3 ，共有 12 台磁带机。进 程 P1总共要求 10台磁带机， P2 和 P3分别要求 4台和 9 台。假设在T0时刻，进程P1、P2和P3已分别获得5台、 2 台和 2 台磁带机，尚有 3 台空闲未分配，如下表所 示：
3.7 进程通信 进程通信的概念 进程之间的信息交换称为进程通信 进程通信按通信内容可分为: 控制信息的传送 大批量数据传送
把进程间控制信息的交换称为低级通信， 把进程间大批量数据的交换称为高级通信。
3.7.1进程的通信方式 在单机操作系统中，进程间通信可 分为4种形式：
主从式； 会话式； 消息或邮箱机制； 共享存储区方式。
2、避免死锁： 不事先采取限制去破坏产生死锁的条件，而 是在资源的动态分配过程中，用某种方法去防止 系统进入不安全状态，从而避免死锁的发生。
实现较难
1. 死锁避免策略: 在系统运行过程中，对进程发出的每 一个系统能够满足的资源申请进行动态检 查，并根据检查结果决定是否分配资源， 若分配后系统可能发生死锁，则不予分配， 否则予以分配。 在检查是否死锁时，主要时检查系 统是否处于安全状态还是不安全状态。
管道按FIFO方式传送消息，且只能单向传送消息
3.8 死锁问题
3.8.1 死锁的概念 3.8.2 死锁的排除方法
让路！ 让路！
让路！ 让路！
交 通 死 锁 的 示 例
3.8.1 死锁的概念 1. 死锁举例
例1：
设系统有一台打印机和一台扫描仪， 进程P1、P2并发执行，在某时刻T，进程P1和 P2 分别占用了打印机和扫描仪。在时刻 T1 （ T1>T ）， P1 又要申请扫描仪，但由于扫描 仪 被 P2 占 用 ， P1 只 有 等 待 。 在 时 刻 T2 （ T2>T ）， P2 又申请打印机，但由于打印机 被 P1 占用， P2 只有等待。如此两进程均不能 执行完成。称这种现象为死锁。
3.8.1 死锁的概念 2. 死锁定义 死锁，是指各并发进程彼此互相等待对方 所拥有的资源，且这些并发进程在得到对方的资 源之前不会释放自己所拥有的资源。从而造成大 家都想得到资源而又都得不到资源，各并发进程 不能继续向前推进的状态。
3.8.1 死锁的概念 3. 死锁的起因 死锁的起因是并发进程的资源竞争 根本原因在于系统提供的资源个数少于并发 进程所要求的该类资源数 由于资源的有限性不可能为所有要求资源的 进程无限制的提供资源，但是可以采用适当的资
3.7.1进程的通信方式 3.消息或邮箱机制 无论接收进程是否已准备好接收消息， 发送进程都将把所要发送的消息送入缓冲区或 邮箱 消息由4部分组成：发送进程名、接收进 程名、数据和有关数据的操作
3.7.1进程的通信方式 3.消息或邮箱机制 消息或邮箱机制的特点是：
只要存在空缓冲区或邮箱，发送进程 就可以发送消息 两进程之间无直接连接关系 两个进程之间存在缓冲区或邮箱用来 存放被传送消息
源分配算法，以达到消除死锁的目的
关于死锁的一些结论:
参与死锁的进程最少是两个 （两个以上进程才会出现死锁） 参与死锁的进程至少有两个已经占有资源 参与死锁的所有进程都在等待资源 参与死锁的进程是当前系统中所有进程的子集 如果死锁发生，会浪费大量系统资源，甚至导致系 统崩溃
3.8.1 死锁的概念
3.7.1进程的通信方式
2. 会话式通信
用户进程与磁盘管理进程之间的通 信是会话系统的一个例子。 各用户进程向磁盘管理进程提出使用要求并得到 许可之后，才可以使用相应的存储区。而且，由磁 盘管理进程自身完成对磁盘存储区的管理和控制。 另外，用户进程与磁盘管理进程之间，只有在用户 进程要求使用磁盘存储区时才有通信关系。
消息缓冲通信就是一种直接通信方式
3.7.2 消息传递系统 间接通信方式 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。 信箱通信就是一种间接通信方式。信箱通信 广泛用于计算机网络,即电子邮件系统。
3.7.2 消息传递系统 思考:
两种方式的主要区别？ 前者需要两进程都存在，后者不需要。
实现复杂、要付出很大的代价。
剥夺策略设计复杂，如： – 当进程Pi申请资源时，若有则分配，若 没有则剥夺Pi占有的所有资源。
– 当进程Pi申请ri类资源时，若有则分配， 若无则剥夺占有ri类资源进程所占的ri 类资源分配给Pi；
3.破坏部分分配条件
系统要求所有进程要一次性地申请在 整个运行过程中所需的全部资源。如某个 进程的资源得不到满足时，则安排一定的 等待次序让其他进程释放资源 优点：简单、易于实现且安全。但有缺点。
3.7.1进程的通信方式 4. 共享存储区方式 共享存储区方式不要求数据移动。两个需要 互相交换信息的进程通过对同一共享数据区 （shared memory）的操作来达到互相通信的 目的。这个共享数据区是每个互相通信进程的 一个组成部分。 如生产者-消费者问题中的有界 缓冲区
3.7.2 消息传递系统
进程A ①申请输入设备 ②申请输出设备 ③释放输入设备 ④释放输出设备 则发生死锁。
进程B ①申请输出设备 ②申请输入设备 ③释放输出设备 ④释放输入设备
如果执行次序为：进程A①→进程B①...，
B在干什么？
A 输入设备
A在干什么？
竞 争 外 设 死 锁 示 例
输出设备
B
3.8.1 死锁的概念 1. 死锁举例 例 2： 在生产者-消费者问题中将生产者进程的两个P 操作颠倒时会发生死锁（如果缓冲区中数据 满）。 将消费者进程的两个P操作颠倒时也会发生 死锁。 因此要注意P操作的执行次序
解决死锁的方法一般可分为： • 预防死锁 • 避免死锁 • 检测与恢复
3.8.2 死锁的排除方法 1、预防死锁： 预防是采用某种策略，限制并发进程对资 源的请求，从而使得死锁的必要条件在系统 执行的任何时间都不满足。
较易实现，广泛使用，但由于所施加 的限制往往太严格，可能导致系统资源 利用率和系统吞吐量的降低。
2. 消息缓冲通信
发送进程的描述: Send(m): begin 向系统申请一个消息缓冲区 Ｐ（mutex） 将发送区消息m送入新申请的消息缓冲区 把消息缓冲区挂入接收进程的消息队列 Ｖ（mutex） Ｖ（SM） end
2. 消息缓冲通信
接受进程的描述: Receive(n): begin Ｐ（SM） Ｐ（mutex） 摘下消息队列中的消息n 将消息n从缓冲区复制到接收区 释放缓冲区 Ｖ（mutex） end
3.7.3. 邮箱通信
邮箱通信就是由发送进程申请建立一与 接收进程链接的邮箱。发送进程把消息送往邮 箱，接收进程从邮箱中取出消息，从而完成进 程间信息交换。

邮箱实际式发送进程与接收进程之间的大
小固定的私有数据结构
只有一发送进程和一接收进程使用的邮 箱需满足的条件：
• 发送进程发送消息时，邮箱中至少要 有一个空格能存放该消息 • 接收进程接收消息时，邮箱中至少要 有一个消息存在
4.破坏环路条件
系统中的所有资源都有一个确定的唯一号码， 所有分配请求必须以序号上升的次序进行 例如：系统中有下列设备：输入机（1），打印 机（2），穿孔机（3），磁带机（4），磁盘 （5）。有一进程要先后使用输入机、磁盘、打 印机，则它申请设备时要按输入机、打印机、磁 盘的顺序申请
4.破坏环路条件
邮箱的结构:
邮箱通信的实现:
设发送进程调用deposit(m)将消息发送到邮 箱，接收进程调用remove(m)将消息m从邮箱 中取出 信号量fromnum为发送进程的私用信号量， 记录空格数，初值为信箱的空格数n mesnum为接收进程的私用信号量，记录消息 个数，初值为0
deposit(m) 描述如下： deposit(m): begin local x Ｐ（fromnum） 选择空格x 将消息m放入空格x中 置格x的标志为满 Ｖ（mesnum） end
1. 消息传递系统
进程间的数据交换以消息为单位，程 序员利用系统的通信原语实现通信。操作 系统隐藏了通信的实现细节，简化了通信 程序编制的复杂性。因而得到广泛应用。
3.7.2 消息传递系统 消息传递系统因其实现方式不同分为: 直接通信方式 间接通信方式
3.7.2 消息传递系统 直接通信方式 发送进程直接把消息发送给接收者，并将它 挂在接收进程的消息缓冲队列上。接收进程从消 息缓冲队列中取得消息。
4. 产生死锁的必要条件
互斥条件：涉及的资源是非共享的，不能同时 被两个进程以上的进程使用 不剥夺条件：不能强行剥夺进程拥有的资源 部分分配条件：进程在等待一新资源时继续占 有已分配的资源 环路条件：存在一种进程的循环链，链中的每 一个进程已获得的资源同时被链中的下一个进程 所请求
3.8.2 死锁的排除方法
3.7.1进程的通信方式
1. 主从式通信
主从式通信系统的主要特点是： ① 主进程可自由地使用从进程的资源或 数据； ② 从进程的动作受主进程的控制； ③ 主进程和从进程的关系是固定的。 主从式通信系统的典型例子是终端控制进程 和终端进程。
3.7.1进程的通信方式
2. 会话式通信
会话式通信系统的特点： ① 使用进程在使用服务进程所提供的服务之前， 必须得到服务进程的许可； ② 服务进程根据使用进程的要求提供服务，但 对所提供服务的控制由服务进程自身完成。 ③ 使用进程和服务进程在通信时有固定连接关 系。
3.破坏部分分配条件 缺点: (1) 在许多情况下，一个进程在执行之前不可能 提出它所需要的全部资源。 (2) 无论所需资源何时用到，一个进程只有在所 有要求资源都得到满足之后才开始执行。 (3) 对于那些不经常使用的资源，进程在生存过 程期间一直占用它们是一种极大的浪费。 (4) 降低了进程的并发性。
死锁的预ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ策略: 1.在系统设计时确定资源分配算法，保
证不发生死锁
2.具体的做法是破坏产生死锁的四个必 要条件之一
1. 破坏资源的互斥条件
例如允许进程同时访问某些资源等
不能解决那些不允许被同时访问的资源 时所带来的死锁问题，比如打印机等
2.破坏不可剥夺条件 一个已拥有资源的进程，若它再提出新资源要 求而不能立即得到满足时，它必须释放已经拥有 的所有资源。以后需要时再重新申请。
优点：同前两法相比，其资源利用率和系统吞 吐量有较明显的改善 缺点：进程实际需要资源的顺序不一定与资源 的编号一致，因此仍会造成资源浪费；对资 源的分类编号也消耗一定的系统开销，破坏 设备无关性。
3.8.2.1 死锁预防 结论: 从上面所学习的来看,显然,死锁预防所 采用的策略,都施加了较强的限制条件. 不实用！
2. 消息缓冲通信
1）消息缓冲通信的原理:
发送进程在发送消息前，先在自己的内 存空间设置一个发送区，把欲发送消息填 入表中，然后再用发送原语将其发送出 接收进程则在接收消息之前，在自己的 内存空间内设置相应的接收区，然后用接 收原语接收消息
2. 消息缓冲通信
2）使用的缓冲区必须满足的条件：
在发送进程把消息写入缓冲区和把缓 冲区挂入消息队列时，应禁止其他进程 对该缓冲区消息队列的访问 当缓冲区中无消息存在时，接收进程 不能接收到任何消息
2. 消息缓冲通信
3） 消息缓冲通信的实现 主要还是采用P,V操作实现
设公用信号量mutex 为控制对缓冲区访问 的互斥信号量，其初值为1 。设SM为接收进程 的私用信号量，表示等待接收的消息个数，其 初值为0 。设发送进程调用过程send(m)将消息 m 送往缓冲区，接收进程调用过程Receive(m) 将消息m从缓冲区读往自己的数据区