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。
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！
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
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。
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
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
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：
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
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
3.7.1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。
3.7.1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。
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。
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。
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
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。
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
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。
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
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
死锁的预防策略: 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