操作系统进程通信

进程通信-----消息传递通信的实现方式
通信链路：
第一种方式（主要用于计算机网络中）：由发送进程在通信 之前用显式的“建立连接”命令请求系统为之建立一条通 信链路，在链路使用完后拆除链路。
第二种方式（主要用于单机系统中）：发送进程无须明确提 出建立链路的请求，只须利用系统提供的发送命令（原 语），系统会自动地为之建立一条链路。
接
通
▪PCB中有关通信的数据项
size: text: next:
信 方
mq :消息队列头指针;
式
mutex :消息队列互斥信号量，初值为1;
sm 同步信号量,用于消息队列中的消息计数,初值为0;
▪消息缓冲通信机制还应包含的内容：
Emphead：空缓冲队列头指针； Bufmutex：缓冲池的互斥信号量，初值为1;
信
方
把消息缓冲块链入接收者的消息缓冲队列中
式
➢ receive(b)原语描述:
从消息缓冲队列中取一条消息
写到以b为首址的接收区
释放消息缓冲块
通信描述 原语实现
二、实例—消息缓冲队列通信机制
3、实现
typedef struct MessageBuffer
➢ 数据结构
sender:
3.2.2
直
▪消息缓冲块
▪对消息链表互斥访问的信号量S,初值为1 ▪私有信号量S1，表示当前消息链中消息的数目， 初值为0
3.2.2 直接通信方式
例1： 发送者
申请一消息区
接收者
P(③S1)
消息送消息区
P(④S)
P①(S)
从消息链摘下一消息
消息挂入消息链
V(⑤S)
V②(S)
消息送接收区
V(S1)
释放消息区
3.2.3 管道通信
二、实例—消息缓冲队列通信机制
1、通信描述
PCB(B)
进程 A
进程 B
send (B,a)
mq mutex
sm
receive(b)
Emphead
a 发 sender: A 送 size:5 区 text:Hello
sender : A size : 5
i Text:Hello next: 0
NULL 公用消息缓冲池
进程通信
进程通信-----概念和类别
概念：进程之间的信息交换称为进程通信 类别：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 （信号量机制）; 把进程间大批量数据的交换称为高级通信。
进程通信-----高级通讯工具
• 高级进程通信机制可分为四大类： • 1. 共享存储器系统(Shared-Memory
发送原语：
发送进程在利用发送原语发送消息之前，应先在自己的内存 空间设置一发送区a，把待发送的消息正文、发送进程标 识符、消息长度等信息填入其中，然后调用发送原语，把 消息发送给目标（接收）进程。发送原语首先根据发送区 a中所设置的消息长度a.size来申请一缓冲区i，接着，把 发送区a中的信息复制到缓冲区i中。为了能将i挂在接收进 程的消息队列mq上，应先获得接收进程的内部标识符j， 然后将i挂在j.mq上。 由于该队列属于临界资源，故在执 行insert操作的前后都要执行wait和signal操作。
• typedef struct processcontrol_block{
•
...
•
struct message_buffer*mq; // 消息队列队首指针
•
semaphore mutex;
// 消息队列互斥信号量
•
semaphore sm;
// 消息队列资源信号量
•
...
•
｝PCB;
进程通信-----直接消息传递系统实例
通
receiver 是接收者进程,a是发送区起始地址；
信
方
式 ➢ 接收原语-- receive(b)
▪ receive(b)原语用来接收消息，
b是接收区首地址；
二、实例—消息缓冲队列通信机制
百度文库
2、发送、接收原语 ➢ send(receiver，a)原语描述:
3.2.2
直
申请一个空消息缓冲块
接
通
把以a为首址的消息写到空缓冲块中
注：根据通信方式的不同，又可以把链路分为两种（1）单 向通信链路（2）双向通信链路
进程通信-----邮箱通信
概念：邮箱通信属于间接通信方式，即进程之间的通信需要 通过某种中间实体来完成。该实体建立在随机存储器的公 共缓冲区上，用来暂存发送进程发送给目标进程的消息， 接收进程可以从该实体取出发送进程发送给自己的的消息， 通常把这种实体称为邮箱。
写进程
共享 文件
读进程
进程通信-----客户机-服务器系统
用途：在网络环境的各种应用领域。 实现方法：套接字、远程过程调用和远程方
法调用。
进程通信-----消息传递通信的实现方式
• 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，反过来， 接收时要指明发送进程的名字；
对称形式：一对一 发送原语：Send(receiver,message) 接收原语：Receiver(sender,message) 非对称形式：多对一
邮箱特点： （1）每一个邮箱有一个唯一的标识符； （2）消息在邮箱中可以安全保存，只允许核准的用户随时
读取； （3）利用邮箱可以实现实时通信，又可以实现非实时通信。
进程通信-----信箱通信
信箱结构：
信箱定义为一种数据结构，在逻辑上可以分为：
• 1，信箱头，用以存放有关信箱的描述信息，如信箱标识符，信箱的 拥有者，信箱口令，信箱的空格数等；
基于共享存储区的通信方式。在存储器中划出了一 块共享存储区，各进程可通过对共享存储区中的 数据的读和写来实现通信。适用于传输大量数据。
进程通信-----消息传递系统
消息传递机制 ： 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（要
进行消息传递时执行send；当接收者要接收消息时执行receive）实 现通信。这种通信方式属于高级通信 。
Bufempty：缓冲池的同步信号量，初值为n;
二、实例—消息缓冲队列通信机制
3、实现
➢ 发送、接收原语的类C语言描述
3.2.2
直 接 通 信 方 式
3.2.2 直接通信方式
例1：
如下图所示的是高级通讯原语SEND和 RECEIVE不完整的框图。请填充适当的P， V操作，并说明所用信号量的意义和初值。
3.2.2 直接通信方式
一、直接通信方式的基本思想 二、实例—消息缓冲队列通信机制
3.2.2 直接通信方式
一、直接通信方式的基本思想
根据生产者—消费者关系原理，利用内存 的公用消息缓冲池实现进程之间的信息交换。
发送者进程直接将消息送入内存公用消息 缓冲池，并将它挂接在接收者进程的消息缓 冲队列上，接收进程从消息缓冲队列中取走 消息。
b 接 收 区
原语描述
二、实例—消息缓冲队列通信机制
1、通信描述
PCB(B)
进程 A
进程 B
send (B,a)
mq mutex
sm
receive(b)
Emphead
a 发 sender: A 送 size:5 区 text:Hello
sender : A size : 5
i Text:Hello next: 0
•
int sender; // 发送者进程标识符
•
int size; //消息长度
•
char*text; //消息正文
•
struct message_buffer*next; //指向下一个消息缓冲区的指针
•
｝
进程通信-----直接消息传递系统实例
消息缓冲队列通信机制中的数据结构：
（2）PCB中有关通信的数据项。在操作系统中采用了消息缓冲队列通信机制时， 除了需要为进程设置消息缓冲队列外，还应在进程的PCB中增加消息队列队 首指针，用于对消息队列进行操作，以及用于实现同步的互斥信号量mutex 和资源信号量sm。在PCB中应增加的数据项可描述如下：
进程通信-----管道(Pipe)通信
管道（pipe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式传送数据,也
能使进程同步执行操作。 实质：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。 管道通信：
发送进程以字符流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。
③ 确定对方是否存在，只有确定了对方已存在时，才能 进行通信。
进程通信-----直接消息传递系统实例
消息缓冲队列通信机制中的数据结构：
• （1）消息缓冲区。 在消息缓冲队列通信方式中，主要 利用的数据结构是消息缓冲区。
• 它可描述如下：
•
typedef struct message_buffer｛
发送原语：Send(P,message) 接收原语：Receiver(id,message)
进程通信-----消息传递通信的实现方式
消息格式：
（1）短定长消息格式（在单机系统环境中） （2）变长的消息格式（进程发送的消息的长度是可变的）
进程的同步方式：
（1）发送进程阻塞，接收进程阻塞 （2）发送进程不阻塞，接收进程阻塞 （3）发送进程和接收进程都不阻塞
sender :A
b 接
size : 5
收
text:Hello 区
NULL 公用消息缓冲池
原语描述
二、实例—消息缓冲队列通信机制
1、通信描述
PCB(B)
进程 A
进程 B
send (B,a)
mq mutex
sm
receive(b)
Emphead
a 发 sender: A 送 size:5 区 text:Hello
sender : A size : 5
i Text:Hello next: 0
sender : A
b 接
size : 5
收
text:Hello 区
NULL 公用消息缓冲池
二、实例—消息缓冲队列通信机制
2、发送、接收原语
3.2.2 ➢ 发送原语--send(receiver，a)
直 接
▪ send(receiver，a)原语用来发送消息,
System) • 2. 消息传递系统(Message passing system) • 3. 管道(Pipe)通信：又名共享文件通信 • 4.客户机-服务器系统（Client-Server
system）
进程通信-----共享存储器系统
基于共享数据结构的通信方式：进程之间公用某些 数据结构，如生产者-消费者中的缓冲区。程序员 需要对进程间的同步做处理，效率比较低，只适 用于传输少量数据。
优点： 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。
分类： ▪ 直接通信（消息缓冲通信）：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。 ▪ 间接通信(信箱通信)：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。 在网络中称为电子邮件系统。
• 3，共享邮箱。由某进程创建，在创建时或创建后指明它 是可共享的，挺尸须指出共享进程（用户）的名字。邮箱 的拥有者和共享者都有权从邮箱中取走发送给自己的消息。
进程通信-----信箱通信
邮箱通信时发送进程和接收进程之间关系： • 1，一对一关系。 • 2，多对一关系。 • 3，一对多关系。 • 4，多对多关系。
2，消息的发送和接受。当进程之间要利用邮箱进行通信时， 必须给使用共享邮箱，并利用系统提供的下述通信原语进 行通信。 Send(mailbox,message); 将一个消息发送到制定邮箱 Receive(mailbox,message);从指定邮箱中接受一个消息。
进程通信-----信箱通信
信箱的类型：
• 1．实质：利用外存进行数据通信
• 2．通信描述：
3.2.3
Write(fd[1],buf,size)
管 道 通
read(fd[0],buf,size) • 3．Pipe操作的同步与互斥
信
① 互斥：即当一个进程正在对pipe执行读/写操作时，
其它(另一)进程必须等待。
② 同步：指当写(输入)进程把一定数量(如4 KB)的数据 写入pipe，便去睡眠等待， 直到读(输出)进程取走数 据后，再把他唤醒。当读进程读一空pipe时，也应睡 眠等待，直至写进程将数据写入管道后，才将之唤醒。
• 2，信箱体，由若干个可以存放的信息（货消息头）的信箱格式组成， 信箱格的数目以及每个大小的是在创建信箱是确定的。
进程通信-----信箱通信
信箱通信原语：
1，信箱的创建和撤销。进程可利用邮箱创建的原语来建立 一个新的邮箱，创建者进程应该给出邮箱名字，邮箱属性 （公用，私用或共享）；对于共享邮箱，还应给出共享这 的名字，当进程不再需要读邮件时，可用邮箱撤销原语将 之撤消。
• 1，私用邮箱。用户进程可为自己建立一个新邮箱，并作 为哦该进程的一部分。邮箱的拥有者有权从邮箱中读取消 息，其他用户则只能将自己构成的消息发送到该邮箱中。 这种私用邮箱可采用单项通信链路的邮箱来实现。当拥有 该邮箱的进程结束时，邮箱也随之消失。
• 2，公用邮箱。有操作系统创建，并提供给系统中的所有 核准进程使用。核准进程既可把消息发送给该邮箱中，也 可行邮箱中读取发送给自己的消息，显然，公用邮箱应采 用双向通信链路的邮箱来实现。通常，公用邮箱在系统运 行期间始终存在。