操作系统进程通信
操作系统进程通信报告
![操作系统进程通信报告](https://img.taocdn.com/s3/m/367f410ff78a6529647d538d.png)
实验四:进程同步实验一、实验任务:1、熟悉操作系统进程通信原理2、设计程序,实现共享内存、管道通信、消息通信二、实验原理:1、进程间通信的几种方法简介(1)消息队列:消息队列是消息的链接表,包括Posix消息队列systemV消息队列。
有足够权限的进程可以向队列中添加消息,被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。
(2)共享内存:使得多个进程可以访问同一块内存空间,是最快的可用IPC形式。
是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。
往往与其它通信机制,如信号量结合使用,来达到进程间的同步及互斥。
(3)无名管道(Pipe)及有名管道(named pipe):有名管道克服了管道没有名字的限制,因此,除具有管道所具有的功能外,它还允许无亲缘关系进程间的通信;无名管道可用于有亲缘关系的进程之间彼此的通信,进行通信时候必须有一定的机制保证对管道写和读的互斥:即在读是要关闭写的端口,而在写的时候也要保证读的一端是关闭的。
2、进程通信函数(1)消息队列有关系统调用函数a.创建消息队列使用msgget()函数:#include <sys/types.h>#include <sys/ipc.h>#include <sys/msg.h>int msgget(key_t key, int flag) ;该函数成功调用返回消息队列标识符。
其中的key是关键字,可以由ftok()函数得到:key=ftok(“.”,’a’);其中”.”可以是任何目录,’a’是任意字符,即所有群组标识。
flag是标识,IPC_CREAT位表示创建,一般由服务器程序创建消息队列时使用。
如果是客户程序,必须打开现存的消息队列,必须不使用IPC_CREAT。
发送和接收的消息都必须使用一个类似msgbuf的结构表示,msgbuf结构定义如下:struct msgbuf{long mtype;char mtext[1];}上面的定义,消息内容只有一个字节,是不实用的,一般我们需要重新定义一个结构:struct amsgbuf{long mtype;char mtext[200];}其中的mtype都是消息类型。
操作系统进程通信
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P1:count=R1
结果:虽然P1和P2进程各自都执行了对count加1的操作 段,但结果count只增加1。
原因分析:变量count就是临界资源,P1、P2访问count 的两个程序段就是临界区。但是两个进程同时进入了临 界区执行了。
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用中断机制保证锁的安全性
用中断机制保证测试锁状态和关锁操作的原子性。
在测试锁状态前关闭中断; 如果测试不通过,开中断,然后重新测试。 如果测试通过,关锁,然后开中断,进入临界区。
优缺点:
中断关闭时间短,只两条指令。不会影响到中断处理 效率,也不会影响进程的并发特性。
不能用于多CPU系统。
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刚进入临界区: wanted_in[self] = TRUE CASE1: Wanted_in[other] == FALSE, observer == self CASE2: Wanted_in[other] == TRUE, observer == other, CASE3: Wanted_in[other] == FALSE,且 observer == other(实际上不可能出现)
不在临界区,也没参与竞争临界区:wanted_in[self] == FLASE;
参与竞争临界区,但还没有设置观察进程(刚执行完 wanted_in[self] = TRUE):
刚设置了观察进程,但还没有执行测试进入: wanted_in[self] == TRUE
处于循环等待态: wanted_in[other] = TRUE 并且 observer == self
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2-4、锁机制的软件实现
背景:
硬件实现需要代价比较大 移植性差,依赖具体的硬件平台 在多处理环境下有些硬件实现方式不使用,如中
进程通信的基本内容
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进程通信的基本内容进程通信是指在操作系统中,不同进程之间进行数据交换和信息共享的过程。
在现代操作系统中,进程通信是必不可少的,因为一个系统通常由多个并发运行的进程组成,这些进程之间需要进行协调和合作来实现各种功能。
进程通信的基本内容包括进程创建、数据传输、共享内存和信号等。
首先,进程的创建是进程通信的前提。
在操作系统中,一个进程可以通过创建新的进程来实现与其他进程的通信。
通常,一个进程可以通过调用系统调用fork()或者exec()来创建新的进程。
通过fork()系统调用,当前进程可以创建一个与自己完全相同的子进程,这样子进程就可以直接继承父进程的所有资源和状态。
而通过exec()系统调用,进程可以在创建新进程的同时,将自己的代码和数据替换成新的程序的代码和数据。
其次,进程通信的主要方式是数据传输。
在进程通信中,数据可以通过多种方式进行传输,包括管道、消息队列、共享内存和套接字等。
管道是一种单向的、字节流的通信方式,可以在父子进程之间或者兄弟进程之间进行通信。
消息队列是一种可以在不同进程之间传递消息的通信方式,进程可以通过发送和接收消息来实现通信。
共享内存是一种将内存空间映射到多个进程地址空间的通信方式,不同进程可以直接读写共享内存中的数据。
套接字是一种网络通信的方式,可以在不同主机之间进行进程通信。
另外,进程通信还可以通过共享内存来进行数据共享。
共享内存是一种高效的通信方式,它可以使得多个进程可以直接访问同一块物理内存,而不需要进行数据拷贝。
通过共享内存,不同进程可以在内存中创建共享的数据结构,进程对这些数据结构的读写操作都可以被其他进程所感知。
最后,进程通信还可以通过信号来实现。
信号是一种异步的通信方式,它可以用于进程之间的事件通知和处理。
一个进程可以向另一个进程发送一个信号,另一个进程可以通过注册信号处理函数来处理这个信号。
常见的信号包括SIGINT(中断信号)和SIGTERM(终止信号)等。
深入理解操作系统中的进程间通信机制
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深入理解操作系统中的进程间通信机制进程间通信(Inter-Process Communication,IPC)是操作系统中实现不同进程之间数据传输、共享资源、协同工作的一种机制。
在多进程环境下,各个进程相互独立运行,因此需要一种机制来实现它们之间的通信与协调。
本文将深入探讨进程间通信的概念、分类以及常用的实现方式。
一、进程间通信的概念进程间通信是指在操作系统中,不同进程之间通过一定的方法来交换数据和信息的过程。
它是为了满足进程之间资源共享、信息传递、任务协作等需求而设计的。
通过进程间通信,进程可以相互发送数据、接收数据,实现数据共享、同步、互斥等功能。
二、进程间通信的分类根据通信时是否需要借助操作系统来实现,进程间通信可以分为以下两类:1.隐式通信隐式通信是指不需要借助操作系统提供的特殊通信机制,而是通过共享的文件、数据库、内存等资源来实现进程之间的数据交换。
这种通信方式通常适合于处于同一主机上的进程通信,无需操作系统进行干预。
2.显式通信显式通信是指需要借助操作系统提供的通信机制来实现进程间通信。
其中常见的通信机制包括管道、消息队列、信号量、共享内存等。
这些通信机制是操作系统提供的API,用于实现进程间数据传输和共享资源。
三、常用的进程间通信方式在显式通信中,有多种方式可以实现进程间通信。
下面介绍几种常用的方式:1.管道(Pipe)管道是一种半双工的通信方式,用于在两个进程之间传递数据。
它基于文件描述符实现,包括有名管道和无名管道。
有名管道可以在不相关的进程之间进行通信,而无名管道仅用于相关进程之间的通信。
2.消息队列(Message Queue)消息队列是一种可以在不同进程间传递、保存消息的机制。
它采用先进先出的方式,保证消息的有序发送和接收。
通过消息队列,进程可以发送和接收各种类型的消息,实现数据传递和同步。
3.信号量(Semaphore)信号量是一种用于进程间同步和互斥的机制。
它通常用于解决多个进程之间对共享资源的访问问题。
操作系统的消息传递和进程间通信实现进程间的信息传递和通信
![操作系统的消息传递和进程间通信实现进程间的信息传递和通信](https://img.taocdn.com/s3/m/74369a4a854769eae009581b6bd97f192379bf7d.png)
操作系统的消息传递和进程间通信实现进程间的信息传递和通信操作系统是计算机中非常重要的一个组成部分,它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源。
在多道程序设计环境下,操作系统需要负责调度和管理多个进程的执行。
而进程间的信息传递和通信是操作系统中一个关键的功能,它使得不同进程之间能够相互交互、传递数据,从而实现协同工作和资源共享。
本文将探讨操作系统中的消息传递和进程间通信,以及它们的实现方法和技术。
一、消息传递在操作系统中,进程间的信息传递可以通过消息传递的方式来实现。
消息传递是指一个进程向另一个进程发送消息,并由接收进程接收和处理该消息。
消息传递可以用于进程间的同步和通信,从而实现进程之间的交互。
消息传递一般包括以下几个步骤:1. 消息的创建:发送进程首先需要创建一条消息,并在消息中填写相应的内容。
消息可以包含数据、指令等信息,以满足不同的需求。
2. 消息的发送:发送进程将创建好的消息发送给接收进程。
发送进程需要指定接收进程的标识符,以确保消息能够被正确地发送到目标进程。
3. 消息的接收:接收进程通过等待操作等待消息的到达。
当消息到达时,接收进程将检查消息的标识符,以确定该消息是否是自己所期望接收的。
4. 消息的处理:接收进程接收到消息后,会对消息进行处理。
处理的方式取决于消息的内容和接收进程的需求。
消息传递可以有两种方式:直接消息传递和间接消息传递。
直接消息传递是指发送进程直接发送消息给接收进程。
间接消息传递是指通过操作系统的消息队列来传递消息。
不同的方式适用于不同的场景和需求。
二、进程间通信的实现为了实现进程间的信息传递和通信,操作系统提供了多种机制和技术。
以下是几种常见的进程间通信的实现方式:1. 共享内存共享内存是一种在多个进程之间共享同一块物理内存的方式。
通过将一块内存区域映射到多个进程的地址空间中,进程可以通过读写共享内存的方式来进行通信。
共享内存的优点是速度快,但需要进程之间进行同步和互斥操作,以避免数据的冲突和错误。
进程通信的实验报告
![进程通信的实验报告](https://img.taocdn.com/s3/m/913c3843a66e58fafab069dc5022aaea988f4170.png)
一、实验目的1. 理解进程通信的概念和作用。
2. 掌握进程通信的常用方法,包括管道、消息队列、信号量等。
3. 通过编程实践,加深对进程通信机制的理解和应用。
二、实验环境操作系统:Linux开发环境:gcc三、实验内容1. 管道通信2. 消息队列通信3. 信号量通信四、实验步骤及分析1. 管道通信(1)实验步骤1)创建一个父进程和一个子进程;2)在父进程中创建一个管道,并将管道的读端和写端分别赋给父进程和子进程;3)在父进程中,通过管道的写端发送数据给子进程;4)在子进程中,通过管道的读端接收父进程发送的数据;5)关闭管道的读端和写端;6)结束进程。
(2)实验分析通过管道通信,实现了父进程和子进程之间的数据传递。
管道是半双工通信,数据只能单向流动。
在本实验中,父进程向子进程发送数据,子进程接收数据。
2. 消息队列通信(1)实验步骤1)创建一个消息队列;2)在父进程中,向消息队列中发送消息;3)在子进程中,从消息队列中接收消息;4)删除消息队列;5)结束进程。
(2)实验分析消息队列是一种进程间通信机制,允许不同进程之间传递消息。
消息队列的创建、发送、接收和删除等操作都是通过系统调用实现的。
在本实验中,父进程向消息队列发送消息,子进程从消息队列接收消息,实现了进程间的消息传递。
3. 信号量通信(1)实验步骤1)创建一个信号量;2)在父进程中,对信号量执行P操作,请求资源;3)在子进程中,对信号量执行V操作,释放资源;4)结束进程。
(2)实验分析信号量是一种用于实现进程同步的机制。
在进程通信中,信号量可以用来协调多个进程对共享资源的访问。
在本实验中,父进程和子进程通过信号量实现了对共享资源的同步访问。
五、实验结果1. 管道通信实验结果:父进程成功向子进程发送数据,子进程成功接收数据。
2. 消息队列通信实验结果:父进程成功向消息队列发送消息,子进程成功从消息队列接收消息。
3. 信号量通信实验结果:父进程成功获取资源,子进程成功释放资源。
进程通讯管理实验报告(3篇)
![进程通讯管理实验报告(3篇)](https://img.taocdn.com/s3/m/eeada26fbb1aa8114431b90d6c85ec3a87c28b8d.png)
第1篇一、实验目的1. 理解进程通信的概念和原理;2. 掌握进程通信的常用机制和方法;3. 能够使用进程通信机制实现进程间的数据交换和同步;4. 增强对操作系统进程管理模块的理解。
二、实验环境1. 操作系统:Linux2. 编程语言:C3. 开发环境:GCC三、实验内容1. 进程间通信的管道机制2. 进程间通信的信号量机制3. 进程间通信的共享内存机制4. 进程间通信的消息队列机制四、实验步骤1. 管道机制(1)创建管道:使用pipe()函数创建管道,将管道文件描述符存储在两个变量中,分别用于读和写。
(2)创建进程:使用fork()函数创建子进程,实现父子进程间的通信。
(3)管道读写:在父进程中,使用read()函数读取子进程写入的数据;在子进程中,使用write()函数将数据写入管道。
(4)关闭管道:在管道读写结束后,关闭对应的管道文件描述符。
2. 信号量机制(1)创建信号量:使用sem_open()函数创建信号量,并初始化为1。
(2)获取信号量:使用sem_wait()函数获取信号量,实现进程同步。
(3)释放信号量:使用sem_post()函数释放信号量,实现进程同步。
(4)关闭信号量:使用sem_close()函数关闭信号量。
3. 共享内存机制(1)创建共享内存:使用mmap()函数创建共享内存区域,并初始化数据。
(2)映射共享内存:在父进程和子进程中,使用mmap()函数映射共享内存区域。
(3)读写共享内存:在父进程和子进程中,通过指针访问共享内存区域,实现数据交换。
(4)解除映射:在管道读写结束后,使用munmap()函数解除映射。
4. 消息队列机制(1)创建消息队列:使用msgget()函数创建消息队列,并初始化消息队列属性。
(2)发送消息:使用msgsnd()函数向消息队列发送消息。
(3)接收消息:使用msgrcv()函数从消息队列接收消息。
(4)删除消息队列:使用msgctl()函数删除消息队列。
操作系统中的信号处理和进程间通信
![操作系统中的信号处理和进程间通信](https://img.taocdn.com/s3/m/5b525131bfd5b9f3f90f76c66137ee06eff94e28.png)
操作系统中的信号处理和进程间通信操作系统是计算机硬件和软件之间的枢纽。
它是一种系统软件,它能协调计算机系统中的各个组件,以提供良好的用户体验。
操作系统包括多种组件,包括内存管理器、进程管理器、文件系统和网络协议栈等等。
其中,进程管理器和信号处理器是操作系统中功能强大的组件之一。
他们使得在操作系统中可以实现进程之间的通信和协作。
进程是一个正在运行的程序实例。
它有自己的代码、数据和堆栈。
进程之间在操作系统上存在相互独立的内存空间,使得各个进程互不干扰。
但是,在实际应用中,多个进程可能需要相互合作,需要彼此发送信号以进行通信,以便他们可以完成更复杂的任务。
而进程间通信机制就是实现这种通信的方法。
最常见的进程间通信方式有两种:管道和信号。
管道是一种协程的进程间通信机制,它允许一个进程的输出连接到另一个进程的输入。
管道可以使用“pipe”的系统调用在操作系统上创建。
当一个进程向管道写入数据时,操作系统内部创建一个缓冲区,将数据放进缓冲区中并等待另一个进程将它们从管道读取。
一个进程可以通过fork()系统调用来创建子进程,从而创建一个新的管道,使得两个进程之间可以传递数据。
与管道不同,系统支持接收各种信号的进程。
信号是操作系统中的一个基本概念。
它表示一种异步通知,可以由应用程序发送,也可以由操作系统发出。
操作系统向应用程序发送信号可以用来表示某个事件的发生,这个事件可能是一个错误、一个警告或一个(用户)交互请求。
应用程序会收到相应的信号,然后决定如何响应这个信号。
例如,操作系统可以发出SIGINT信号,当用户中断进程或程序时,应用程序就可以采取相应的措施来终止进程。
应用程序也可以发送信号(例如SIGBUS和SIGSEGV),以通知操作系统进程是否出现错误并请求相应的处理。
通过信号的发送和接收,进程可以相互通信和协作。
这是因为一个进程可以使用操作系统的API将一个信号发送给另一个进程。
当另一个进程收到这个信号时,他可以再次发送一个信号来表示其完成了某些任务。
操作系统实验---进程通信——共享存储区和信号量
![操作系统实验---进程通信——共享存储区和信号量](https://img.taocdn.com/s3/m/d2a1d8a5aeaad1f346933fb8.png)
实验报告实验题目姓名:学号:课程名称:操作系统实验所在学院:信息科学与工程学院专业班级:计算机任课教师:实验项目名称进程通信——共享存储区和信号量一、实验目的与要求:1、了解和熟悉共享存储机制2、了解和熟悉信号量机制3、熟悉信号量机制中使用的数据结构和信号量机制的操作以及控制。
4、了解共享主存段机制,学会对共享主存段的系统调用。
二、实验设备及软件:1、PC机一台2、Linux操作系统三、实验方法(原理、流程图)一、共享存储区1、共享存储区机制的概念共享存储区(Share Memory)是 UNIX 系统中通信速度最高的一种通信机制。
该机制可使若干进程共享主存中的某一个区域,且使该区域出现(映射)在多个进程的虚地址空间中。
另一方面,一个进程的虚地址空间中又可连接多个共享存储区,每个共享存储区都有自己的名字。
当进程间欲利用共享存储区进行通信时,必须先在主存中建立一共享存储区,然后将它附接到自己的虚地址空间上。
此后,进程对该区的访问操作,与对其虚地址空间的其它部分的操作完全相同。
进程之间便可通过对共享存储区中数据的读、写来进行直接通信。
图示列出二个进程通过共享一个共享存储区来进行通信的例子。
其中,进程 A 将建立的共享存储区附接到自己的 AA’区域,进程 B 将它附接到自己的 BB’区域。
应当指出,共享存储区机制只为进程提供了用于实现通信的共享存储区和对共享存储区进行操作的手段,然而并未提供对该区进行互斥访问及进程同步的措施。
因而当用户需要使用该机制时,必须自己设置同步和互斥措施才能保证实现正确的通信。
二、涉及的系统调用1、shmget( )创建、获得一个共享存储区。
系统调用格式: shmid=shmget(key,size,flag)参数定义: int shmget(key,size,flag);key_t key;int size,flag;其中,key是共享存储区的名字;size是其大小(以字节计);flag是用户设置的标志,如IPC_CREAT。
理解操作系统中进程之间通信的P操作和v操作
![理解操作系统中进程之间通信的P操作和v操作](https://img.taocdn.com/s3/m/89dd93f69a89680203d8ce2f0066f5335a816704.png)
理解操作系统中进程之间通信的P操作和v操作在操作系统理论中有⼀个⾮常重要的概念叫做P,V原语。
在我们研究进程间的互斥的时候经常会引⼊这个概念,将P,V操作⽅法与加锁的⽅法相⽐较,来解决进程间的互斥问题。
实际上,他的应⽤范围很⼴,他不但可以解决进程管理当中的互斥问题,⽽且我们还可以利⽤此⽅法解决进程同步与进程通信的问题。
[⼀]P,V原语理论阐述P,V原语的理论不得不提到的⼀个⼈便是赫赫有名的荷兰科学家E.W.Dijkstra。
如果你对这位科学家没有什么印象的话,提起解决图论中最短路径问题的Dijkstra算法应当是我们再熟悉不过的了。
P,V原语的概念以及P,V操作当中需要使⽤到的信号量的概念都是由他在1965年提出的。
信号量是最早出现的⽤来解决进程同步与互斥问题的机制,包括⼀个称为信号量的变量及对它进⾏的两个原语操作。
信号量为⼀个整数,我们设这个信号量为:sem。
很显然,我们规定在sem⼤于等于零的时候代表可供并发进程使⽤的资源实体数,sem⼩于零的时候,表⽰正在等待使⽤临界区的进程的个数。
根据这个原则,在给信号量附初值的时候,我们显然就要设初值⼤于零。
p操作和v操作是不可中断的程序段,称为原语。
P,V原语中P是荷兰语的Passeren,相当于英⽂的pass, V是荷兰语的Verhoog,相当于英⽂中的incremnet。
P原语操作的动作是:(1) sem减1;(2)若sem减1后仍⼤于或等于零,则进程继续执⾏;(3)若sem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,然后转进程调度。
V原语操作的动作是:(1) sem加1;(2)若相加结果⼤于零,则进程继续执⾏;(3)若相加结果⼩于或等于零,则从该信号的等待队列中唤醒⼀等待进程,然后再返回原进程继续执⾏或转进程调度。
需要提醒⼤家⼀点就是P,V操作对于每⼀个进程来说,都只能进⾏⼀次。
⽽且必须成对使⽤。
且在P,V愿语执⾏期间不允许有中断的发⽣。
实验三操作系统进程间通信
![实验三操作系统进程间通信](https://img.taocdn.com/s3/m/e31decc6e2bd960591c677d8.png)
实验三操作系统进程间通信实验三进程间通信班级:计科f1406 姓名:王家平学号:201416010619一、实验目的:Linux系统的进程通信机构(IPC)允许在任意进程间大批量的交换数据。
本实验的目的是了解和熟悉Linux支持的通信机制、共享存储区机制及信号量机制。
二、实验预备内容:阅读Linux系统的msg.c sem.c shm.c等源码文件,熟悉Linux的三种通信机制。
三、实验内容:(1) 消息的创建,发送和接收(2) 使用系统调用msgget(),msgsnd(), msgrev()及msgctl()编制一长度为1k的消息发送和接收程序。
<程序设计>(1) 为了便于操作和观察结果,用一个程序作为“引子”,先后fork()两个子进程,SERVER和CLIENT,进行通信。
2) SERVER端建立一个Key为75的消息队列,等待其他进程发来的消息。
当遇(到类型为1的消息,则作为结束信号,取消该队列,并退出SERVER。
SERVER 每接收到一个消息后显示一句“(server)received”。
(3) CLIENT端使用Key为75的消息队列,先后发送类型从10到1的消息,然后退出。
最后一个消息,即是SERVER端需要的结束信号。
CLIENT每发送一条信息后显示一句“(client)sent”。
(4) 父进程在SERVER和CLIENT均退出后结束。
(5)四(实验代码1.#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75struct msgform{long mtype;char mtext[1030];}msg;int msgqid,i;void CLIENT(){ int i;msgqid=msgget(MSGKEY,0777);for (i=10;i>=1;i--){msg.mtype=i;printf("(client)sent \n");msgsnd(msgqid,&msg,1024,0); /*发送消息msg入msgid消息队列*/ }exit(0);}void SERVER(){msgqid=msgget(MSGKEY,0777|IPC_CREAT); /*由关键字获得消息队列*/ do{msgrcv(msgqid,&msg,1030,0,0); /*从msgid消息队列接收消息msg*/ printf("(server)received \n");}while(msg.mtype!=1); /*消息类型为1时,释放队列*/msgctl(msgqid,IPC_RMID,0);exit(0);}void main(){while((i=fork())==-1);if(!i) SERVER();while((i=fork())==-1);if(!i) CLIENT();wait(0);wait(0);}2.#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/msg.h>#include <sys/ipc.h>#define MSGKEY 75struct msgform{long mtype;char mtext[1030];}msg;int msgqid,i;CLIENT(){ int i;msgqid=msgget(MSGKEY,0777);for (i=10;i>=1;i--){msg.mtype=i;printf("(client)sent \n");msgsnd(msgqid,&msg,1024,0); /*发送消息msg入msgid消息队列*/ }exit(0);}main(){while((i=fork())==-1); if(!i) CLIENT();wait(0);}。
操作系统实验三进程的管道通信
![操作系统实验三进程的管道通信](https://img.taocdn.com/s3/m/f643239248649b6648d7c1c708a1284ac9500559.png)
操作系统实验三进程的管道通信操作系统中的进程通信是指进程之间通过一定机制进行信息传递和交换的过程。
而管道是常用的进程间通信(IPC)机制之一,它提供了一种半双工的通信方式,用于在具有亲缘关系的进程之间进行通信。
本实验以Linux系统为例,介绍进程的管道通信。
一、进程间通信(IPC)概述进程之间的通信是操作系统的重要功能之一,它使得不同进程能够共享信息、协调工作。
Linux系统提供了多种进程间通信的方式,如管道、消息队列、信号、共享内存等。
其中,管道是最简单、最常用的一种进程间通信方式。
二、管道的概念与原理1.管道的概念管道是一种特殊的文件,用于实现具有亲缘关系的进程之间的通信。
整个管道可以看作是一个字节流,其中写入的数据可以被读取。
管道通常是半双工的,即数据只能从一个进程流向另一个进程,而不能反向流动。
2.管道的原理管道的内部实现是通过操作系统的缓冲区来完成的。
当一个进程往管道写入数据时,数据被放置在写管道的缓冲区中。
另一个进程从管道中读取数据时,数据被从读管道的缓冲区中取出。
如果写管道的缓冲区为空,写操作将会阻塞,直到有数据被写入为止。
同样,如果读管道的缓冲区为空,读操作将会阻塞,直到有数据可读为止。
三、管道的使用步骤1.打开管道在Linux系统中,使用`pipe`系统调用来创建管道。
它接受一个包含两个整数的参数数组,返回0表示成功,负数表示失败。
成功创建管道后,会得到两个文件描述符,分别代表读管道和写管道。
2.进程间通信在有亲缘关系的进程中,可以使用`fork`系统调用来创建一个子进程。
父进程和子进程都可以使用管道进行读写操作。
父进程可以关闭写管道描述符,子进程关闭读管道描述符,即父进程只负责写入数据,子进程负责读取数据。
3.写入数据父进程在写管道描述符上调用`write`函数来向管道写入数据。
该函数的返回值为成功写入的字节数,返回-1表示写入失败。
4.读取数据子进程在读管道描述符上调用`read`函数来从管道读取数据。
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](https://img.taocdn.com/s3/m/bdcb8aeae009581b6bd9eb88.png)
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。
操作系统中的进程间通信与同步机制
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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。
(完整word版)操作系统实验进程的通信
![(完整word版)操作系统实验进程的通信](https://img.taocdn.com/s3/m/cde3b37ee87101f69f31951a.png)
(操作系统原理和linux操作系统相结合的实验)实验二进程的通信一实验目的1 学会使用vi编辑器编辑C语言程序2 学会Linux环境下gcc的使用3 学会调试工具GDB的使用二实验原理1 利用linux提供的进程通信的系统调用设计进程通信程序,加深对进程通信概念的理解。
2 体会进程通信的方法和效果。
三实验环境PC机1台,Windows操作系统和其上的虚拟Linux操作系统。
四实验步骤1.管道通信(1)编写一个程序。
父进程创建一个子进程和一个无名管道fd,由子进程向管道写入信息“This is a message”,然后终止执行;父进程接收到子进程终止信号后从管道中读出并显示信息后结束。
#include<stdio.h>#include<unistd.h>main(){int p1,fd[2];char outpipe[50]; //定义读缓冲区char inpipe[50]="This is a message!"; //定义写缓冲区pipe(fd); //创建无名管道fdwhile((p1=fork())==-1);if (p1==0) //子进程返回{write(fd[1],inpipe,50); //写信息到管道exit(0);}else //父进程返回{wait(0); //等待子进程终止read(fd[0],outpipe,50); //从管道读信息到读缓冲区printf("%s\n",outpipe); //显示读到的信息exit(0);}}(2)父进程创建两个子进程,父子进程之间利用管道进行通信。
要求能显示父进程、子进程各自的信息,体现通信效果。
(源程序pipe_1.c)#include<stdio.h>main(){int I,r,j,k,l,p1,p2,fd[2];char buf[50],s[50];pipe(fd);while((p1=fork())==-1);if(p1==0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(buf,"Child process p1 is sending message!\n");printf("Child process p1!\n");write(fd[1],buf,50);lockf(fd[1],0,0);sleep(5);j=getpid();k=getppid();printf("p1 %d is weakup.My parent process id is %d.\n",j,k);exit(0);}else{while((p2=fork())==-1);if(p2==0){lockf(fd[1],1,0);sprintf(buf,"Child process p2 is sending message!\n");printf("Child process p2!\n");write(fd[1],buf,50);lockf(fd[1],0,0);sleep(5);j=getpid();k=getppid();printf("p2 %d is weakup.My parent process id is %d.\n",j,k);exit(0);}else{I=getpid();wait(0);if(r=read(fd[0],s,50)==-1)printf("can’t read pip e.");elseprintf("Parent %d:%s\n",l,s);wait(0);if(r=read(fd[0],s,50)==-1)pr intf("can’t read pipe");elseprintf ( "Parent %d:%s\n",l,s);exit(0);}}}结果:2.共享内存通信。
进程通信实验报告
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进程通信实验报告进程通信实验报告概述进程通信是操作系统中非常重要的一个概念,它允许不同的进程之间进行数据的交换和共享。
在本次实验中,我们通过使用不同的进程通信机制,如管道、消息队列和共享内存,来实现进程之间的数据传输和通信。
本报告将详细介绍实验的背景、实验过程、结果分析以及对实验的总结。
实验背景进程通信是操作系统中的一个核心概念,它允许多个进程之间进行数据的交换和共享。
在现代操作系统中,进程通信是实现并发和协作的重要手段。
了解不同的进程通信机制以及它们的优缺点对于深入理解操作系统的原理和实现至关重要。
实验过程在本次实验中,我们使用了三种不同的进程通信机制:管道、消息队列和共享内存。
首先,我们创建了两个进程,一个作为发送方,一个作为接收方。
然后,我们分别使用了管道、消息队列和共享内存来实现进程之间的数据传输和通信。
管道是一种最简单的进程通信机制,它可以在父进程和子进程之间进行单向的通信。
我们通过创建一个管道,并将其连接到父进程和子进程的标准输入和标准输出,实现了父子进程之间的数据传输。
消息队列是一种更为灵活的进程通信机制,它可以实现多个进程之间的双向通信。
我们使用了系统提供的消息队列函数,创建了一个消息队列,并在发送方将消息发送到队列中,接收方则从队列中接收消息。
通过消息队列,我们实现了进程之间的异步通信。
共享内存是一种高效的进程通信机制,它允许多个进程共享同一块内存空间。
我们使用了共享内存函数,创建了一个共享内存区域,并将其映射到两个进程的虚拟地址空间中。
通过共享内存,我们实现了进程之间的数据共享和同步。
结果分析通过实验,我们发现不同的进程通信机制各有优缺点。
管道是最简单的一种机制,但只能实现单向通信,且只能用于具有亲缘关系的进程。
消息队列可以实现多个进程之间的双向通信,但消息的顺序可能会被打乱。
共享内存是最高效的一种机制,但需要额外的同步机制来保证数据的一致性。
总结进程通信是操作系统中非常重要的一个概念,它允许不同的进程之间进行数据的交换和共享。
操作系统实验 进程通信
![操作系统实验 进程通信](https://img.taocdn.com/s3/m/cfcfaf9f284ac850ad024243.png)
进程通信(实验二)【实验目的】:掌握用邮箱方式进行进程通信的方法,并通过设计实现简单邮箱理解进程通信中的同步问题以及解决该问题的方法。
【实验原理】:邮箱机制类似于日常使用的信箱。
对于用户而言使用起来比较方便,用户只需使用send()向对方邮箱发邮件receive()从自己邮箱取邮件,send()和receive()的内部操作用户无需关心。
因为邮箱在内存中实现,其空间有大小限制。
其实send()和receive()的内部实现主要还是要解决生产者与消费者问题。
【实验内容】:进程通信的邮箱方式由操作系统提供形如send()和receive()的系统调用来支持,本实验要求学生首先查找资料了解所选用操作系统平台上用于进程通信的系统调用具体形式,然后使用该系统调用编写程序进行进程间的通信,要求程序运行结果可以直观地体现在界面上。
在此基础上查找所选用操作系统平台上支持信号量机制的系统调用具体形式,运用生产者与消费者模型设计实现一个简单的信箱,该信箱需要有创建、发信、收信、撤销等函数,至少能够支持两个进程互相交换信息,比较自己实现的信箱与操作系统本身提供的信箱,分析两者之间存在的异同。
实验背景介绍进程间通信有如下目的:数据的传输,共享数据,通知事情,资源共享,进程控制。
进程间的通信机制(IPC),就是多进程相互通信,交换信息的方法。
Linux IPC机制包括,信号和管道是其中的两个,还支持传统的UNIX SYSTM-V 的IPC 机制。
信号主要用来通知进程异步事情的发生,最初信号设计的目的是为了处理错误,他们也用来作为最基本的IPC机制。
管道是单向的,先进先出,先入先出,无结构的,固定大小的数据流。
UNIX System V 机制中的三种进程间通信机制,它们是:消息队列:用于进程之间传递分类的格式化数据信号量:用于通信之间的同步控制。
信号量通常与共享存储器方式一起使用。
共享内存:使不同进程通过共享彼此的虚拟空间而达到相互对共享区操作和数据通信。
操作系统原理 第四章 进程通信
![操作系统原理 第四章 进程通信](https://img.taocdn.com/s3/m/e88915315f0e7cd1842536bb.png)
一、进程的同步和互斥
1、进程的间的相互作用 相关进程:逻辑上具有某种联系的进程 无关进程:逻辑上没有任何联系的进程
2、相关进程间的关系 1)直接作用(相互合作) 同步关系:合作进程之间再执行次序上 的协调关系 2)间接作用(资源共享) 互斥关系:一个进程正在访问共享资源, 另一个要访问该资源的进程必须等待。
利用TS指令实现的进程互斥算法是:每个临界资源设 置一个公共布尔变量lock,True表示正被占用,False 表示空闲,初值为False. 进程使用临界资源时,应该按照如下三步: 1)测试lock值,如果为真,表示资源已经被占用,则不 断等待测试;如果为假,则表示资源可用,这时候把 lock 设置为真,用来排斥其他进程使用资源,我们可 以把这个过程叫做关锁。 2)进程进入临界区,访问临界资源 3)使用完毕,推出临界区,再把lock设置为假,以释放 资源,让其他进程使用。这个过程可以叫做开锁。
为了让缓冲区得到循 环利用,将缓冲区做 成环形的,以方便每 个区域都可以循环利 用
• 采用信号量机制: – full是"满"缓冲区数目,初值为0,empty 是"空"缓冲区数目,初值为N。记为同步 信号量。实际上, full 和 empty 是同一个 含义:full + empty == N – mutex用于访问缓冲区时的互斥,初值 是1 另外设置整形变量in,out,分别用于指示 空缓冲区和满缓冲区的位置
wait 和 signal 操作必须成对出现,有一个 wait操作就有一个 signal操作,当为互斥 操作时,他们处于同一个进程,当为同 步操作时,则不在一个进程出现。
3 、AND信号量集机制 信号量集用于同时需要多个资源时的信号量操 作 AND型信号量集用于同时需要多种资源且每种 占用一个时的信号量操作; • 一段处理代码需要同时获取两个或多个临界 资源――可能死锁:各进程分别获得部分临界 资源,然后等待其余的临界资源,"各不相让"
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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。
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 。
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
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。
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
▪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
Hale Waihona Puke 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
• 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
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{
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;
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
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。
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。
•
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:
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
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
• 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。
• 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。
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。
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。