进程线程通信

进程和线程

进程

• 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。
• 进程是正在运行的程序的实例。

线程

• Linux中所谓的“线程”只是在被创建时clone了父进程的资源，因此clone出来的进程表现为“线程。

进程特征

• 动态性：进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程，进程是动态产生，动态消亡的；
• 并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行；
• 独立性：进程是一个能独立运行的基本单位，同时也是系统分配资源和调度的独立单位；
• 异步性：由于进程间的相互制约，使进程具有执行的间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进；
• 结构特征：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成；

进程切换

• 切换：从正在运行的进程那里收回处理器，使待运行的进程占用处理
• 切换过程：把正在运行的进程占用的处理器的寄存器中的中间数据（进程的上下文）存储到进程私有堆栈寄存器中，把待运行进程的断点送入处理器的程序指针PC，此时这个进程已经占有处理器的使用权了。

进程状态

• 就绪状态：已获得除处理器外的所需资源，等待分配处理器资源；
• 运行状态：占用处理器；
• 阻塞状态：条件未满足，无法执行

进程状态转换

• 就绪----->运行；条件，进程调度
• 运行----->就绪；条件，时间片用完
• 运行----->阻塞；条件，等待某个事件发生
• 阻塞----->就绪；条件，某个事件已经发生

引发进程创建的事件

• 用户登录（内核）：分时系统，终端用户登录，得为终端创建一个进程
• 作业调度（内核）：批处理系统，一定算法调度某作业，将作业装入内存，为其分配资源，需为它创建进程
• 提供服务（内核）：运行的用户程序提出某种请求
• 应用请求：应用进程的需求，由它创建新的进程以便并发运行完成某个任务

进程创建过程

1. 申请空白PCB
2. 为新进程分配资源
3. 初始化进程控制块
4. 插入就绪队列

进程通信目的

• 数据传输
• 共享数据
• 通知事
• 资源共享
• 进程控制

进程之间如何通信

同一主机上的进程

UNIX进程间通信方式

• 管道（PIPE）：半双工通信方式；父子进程间使用；无格式的字节流；管道缓冲区有限（存在于内存）；
• 有名管道（FIFO）：半双工通信方式；允许无亲缘关系进程间通信；
• 信号（Signal）：复杂的通信方式；用于通知某个接收进程某个事件已经发生；

System V进程间通信方式

• 信号量（Semaphore）：计数器；控制多个进程对共享资源的访问；锁机制
• 消息队列（Message Queue）：消息的链表；存放在内核；克服信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点；
• 共享内存（Shared Memory）：映射一段能被其他进程访问的内存（共享内存由进程创建）；共享内存最快的IPC方式；

POSIX 进程间通信

• posix消息队列
• posix信号灯
• posix共享内存

网络主机间的进程通信

• Remote Procedure Call远程过程调用
• Socket：基于TCP/IP协议的通信方式（可用于不同主机之间进程通信）

管道实现机制

• 管道是由内核管理的一个缓冲区；
• 管道的一端连接一个进程的输出。这个进程会向管道中放入信息。
• 管道的另一端连接一个进程的输入，这个进程取出被放入管道的信息
• 当两个进程都终结的时候，管道也自动消失。
• 借助了文件系统的file结构和VFS的索引节点inode
• 将两个file结构指向同一个临时的 VFS 索引节点，而这个 VFS 索引节点又指向一个物理页面而实现的
• 一个命名管道实际上就是实现一个FIFO文件；
• 命名管道一旦建立，之后它的读、写以及关闭操作都与普通管道完全相同

流管道s_pipe

线程之间如何通信

• 使用全局变量
• 使用消息实现通信:消息队列
• 使用事件CEvent类实现线程间通信：监视处于有信号状态的事件

线程间的同步方式

• 临界区
• 互斥量（内核对象）：可在不同进程间实现同步
• 信号量（内核对象）：可以同一时刻允许多个线程访问同一资源
• 事件（内核对象）：一个布尔值表示是手动置位事件还是自动置位事件，另一个布尔值用来表示事件有无触发。