进程间通信

１，进程中的两种关系

　　进程同步与进程互斥

　　１，顺序程序特征（顺序性，封闭性，确定性，可再现性）

　　２，并发程序的特征（共享性，并发性，随机性）

　　互斥：由于进程间要求资源共享，而且有些资源需要互斥使用，因此各进程竞争使用这些资源。。。

　　　　　这种关系称为进程的互斥（排它）

　　　　　系统中的某些资源一次只允许一个进程使用，称这样的资源为临界资源或互斥资源

　　　　　在程序中，涉及到互斥资源的程序段叫做临界区。。。（航空售票系统）

　　同步：多个进程需要相互配合，共同完成一项任务。。

　　　　　

　　　　　Ｐ１进程启动车辆必须的等到Ｐ２进程售票员关门之后才可以执行；

　　　　　Ｐ２进程开门也同样必须等到ｐ１进程司机到站停车之后才可以。

　　　　　

　　我们区分多个进程是同步还是互斥，从逻辑上看是相互协作还是应该独占资源

　　通常情况下，我们将这两种关系统称为同步。。。。

２，进程间通信的目的

　　１，数据传输：一个进程需要将它的进程发送给另外一个进程

　　２，资源共享：多个进程之间共享同样的资源

　　３，通知事件：一个进程需要向另外一个或一组进程发送消息,，通知它们发生了某种事件。

　　　　如：子进程终止时需要通知父进程，如上汽车售票（司机和售票员）

　　４，进程控制：有些进程希望完全控制另一个进程的执行，如（ｄｅｂｕｇ进程），此时：

　　　　控制进程希望能拦截另外一个进程的所有异常和陷入，并能够直到状态的随时改变。。

３，进程间通信发展

　　１，管道，是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系

　　　　　　　的进程间使用。进程间的亲缘关系通常指父子进程关系。。。

　　　　有名管道：可以用于不相关的进程间进行通信。。。也是半双工的通信方式。。。

　　２，System V进程间的通信

　　３，POSIX标准下的进程间通信

４，进程间通信分类

　　１，文件（可以将传输的数据放置在文件中，通过文件来传输）

　　２，文件锁（互斥与同步，，其中形成了文件锁）

　　　　当一个进程对文件写的时候，不允许其它进程对文件读，跟不允许对文件写

　　　　当一个进程对文件读的时候，其它进程对文件可以读

　　３，管道（ｐｉｐｅ）和有名管道（ＦＩＦＯ），用于进程间传输数据

　　４，ｓｉｇｎａｌ（信号），通过信号：一个进程可以向另一个进程发送通知事件

　　５，消息队列：用于进程与进程间传递数据的

　　６，共享内存：进程与进程间共享数据

　　７，信号量：用于进程间的同步访问或者互斥访问

　　　

　　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｖ和ＰＯＳＩＸ都具有各自的消息队列，共享内存，信号量（编程接口）

　　８，互斥量

　　９，条件变量

　　１０，读写锁

　　（ＰＯＳＩＸ中存在的：互斥量，条件变量，读写锁；Ｓｙｓｔｅｍ　Ｖ中并没有）

　　也就是说：Ｓｙｓｔｅｍ　Ｖ中要实现互斥量的话，可以通过信号量来实现

　　１１，套接字（Ｓｏｃｋｅｔ）

　　

５，进程间共享信息的三种方式

　　

　　　ｕｎｉｘ进程间通信的三种方式

６，ＩＰＣ对象的持续性

　　ＩＰＣ其实就是进程间通信

　　１，随进程持续：一直存在，直到打开的最后一个进程结束（如：ｐｉｐｅ和ＦＩＦＯ）

　　２，随内核持续：进程结束之后，也不会消亡

　　　　一直存在直到内核自举（机器重启），或者显示删除

　　　　（如：Ｓｙｓｔｅｍ　Ｖ消息队列，共享内存，信号量）

　　３，随文件系统持续：一直存在，直到显示删除，即使内核自举还是存在

　　　　（如：ＰＯＳＩＸ下使用映射文件来实现，消息队列，共享内存，信号量）

７，死锁

　　１，互斥　　矛盾　　　多个小孩争抢凳子

　　２，同步　　协作　　　司机与售票员的协同工作

　　３，死锁：多个进程相互等待对方所占有的资源，而在得到对方的资源之前又不释

　　　　放自己所占有的资源，这样的话，就有可能造成一种循环等待的现象，如果所

　　　　有的进程都在等待一个不可能发生的事件，那么就会产生进程死锁。。。。。

　　　　１，死锁产生的必要条件

　　　　　　１，互斥条件

　　　　　　　　进程对资源需要进行排它性使用，即在一段时间内，资源仅仅为某一个

　　　　　　　　进程所占有

　　　　　　２，请求和保持条件

　　　　　　　　当进程因请求资源而阻塞时，对已经获得的资源保持不放。

　　　　　　３，不可剥夺条件

　　　　　　　　进程已获得资源未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完之后自己释放

　　　　　　４，环路等待条件

　　　　　　　　各个进程组成封闭的环形链，每个进程都等待下一个进程所占有的资源

　　　　　　如上，就是死锁产生的四个条件，缺一不可。。。。

　　　　　　所以，我们需要防止死锁的产生（破坏这些条件，当然：互斥条件是不能被破

　　　　　　坏的，所以，我们应该尽可能的破坏后三个条件）

　　　　　　资源一次性分配（破坏请求和保持条件）：一个进程要占有资源，那么需要的资源必须都要得到满足，

　　　　　　　　　　　　　才能占有，而不能占有一半的资源，

　　　　　　可剥夺资源（破坏不可剥夺条件）

　　　　　　资源有序分配法（破坏循环等待条件）

　　　　２，如上：预防死锁的策略中，会严重的损害系统的性能，

　　　　　　（资源一次性分配原则，需要在所有的资源都得到满足的时候才能够占有资源，因而降低了一定的并发

　　　　　　性），所以在避免死锁的时候，我们应该施加比较弱的限制，才会获得更加满意的系统性能

　　　　　　由于死锁的避免策略中，允许进程动态的申请资源（而不需要在所有的资源都满足的情况下再去申请）

　　　　　　，但是动态的申请资源也有一定的限制，（分配的资源不会导致系统进入不安全的状态，才允许分配

　　　　　　资源。。。不然，进程继续等待）

　　　　　　其中：最具代表性的算法是银行家算法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。

　　　　　　银行家算法：

　　　　　　１，为保证资金的安全，银行家规定：

　　　　　　　　１，当一个顾客对资金的最大需求量不超过银行家现有的资源时，就接纳该顾客

　　　　　　　　２，顾客可以分期贷款，但是贷款的总数不能超过最大需求量

　　　　　　　　３，当银行家现有的资金不能满足顾客尚需贷款的数额时，那么对于顾客的贷款可以

　　　　　　　　　　推迟支付。。。但是，总能使得顾客在有限的时间里得到贷款

　　　　　　　　４，当顾客得到所需的全部资金之后，一定能在有限的时间里归还所有的资金

　　　　　　产生死锁的一个经典的例子：

　　　　　　哲学家就餐的问题：

　　　　　　１，五个哲学家围在一个圆桌就餐，每个人都必须拿起两把叉子才能用餐

　　　　　　　　

　　　　　　　　　然后，所有的哲学家都做这样的事情

　　　

while(1){        思考;        if(饿)        {                拿左叉子;                拿右叉子;                用餐;                放下左叉子;                放下右叉子;        }}

　　　　当一个特殊的情况出现时，所有的哲学家都拿起了左边的叉子，那么就造成了死锁。。。。

　　　　那么如何解决哲学家就餐问题呢？？？

　　　　１，服务生解法

　　　　　　也就是说：哲学家拿叉子之前需要征求服务生的同意。服务生相当于一个管理者，

　　　　　　在统一的分配刀叉。。。在判定当前的资源是不是处于一个安全的状态。。。。。

　　　　　　如果处于安全的状态，那么服务生就允许哲学家将叉子拿起。。。不然，需要等待

　　　　２，最多四个哲学家（不是一个好的方案，把题目都改了，４个哲学家５把叉子，那么

　　　　　　一定会有一个哲学家２把叉子）

　　　　３，仅当一个哲学家两边的筷子都可以用的时候，才允许他拿起筷子（破坏请求与保存条件）

　　　　４，给所有的哲学家编号，奇数号的哲学家首先必须先拿左边的筷子，偶数号拿右边的筷子

　　　　　　（破坏回路）

　　　　　　

　　信号量与ＰＶ原语

　　１，信号量和Ｐ、Ｖ原语实际上由Dijkstra（迪杰斯特拉）（程序设计：ｇｏｔｏ语句是有害的，操作系统：信号

　　　　量，ｐｖ原语的提出，最早解决来哲学家就餐的问题，网络：最短路径算法）提出的。。。。

　　　　主要用来解决进程的同步和互斥问题。。。

　　　　在计算机操作系统中，PV操作是进程管理中的难点。

　　　　首先应弄清PV操作的含义：PV操作由P操作原语和V操作原语组成（原语是不可中断的过程），对信号量进

　　　　行操作，具体定义如下：
   

　　　　P（S）：①将信号量S的值减1，即S=S-1；
           ②如果S>0，则该进程继续执行；否则该进程置为等待状态，排入等待队列。
    　　　V（S）：①将信号量S的值加1，即S=S+1；
           ②如果S>0，则该进程继续执行；否则释放队列中第一个等待信号量的进程。

　　　PV操作的意义：我们用信号量及PV操作来实现进程的同步和互斥。PV操作属于进程的低级通信。

　　　信号量：Ｐ，Ｖ操作在同一进程中（互斥）　　　　　　　Ｐ，Ｖ操作不在同一进程（同步）

　　　

　　　

struct semaphore{        int value;        pointer_PCB queue;}

Ｐ原语：

P(s){        s.value = s.value--;        if(s.value < 0)        {                该进程状态置为等待状态                将该进程的ＰＣＢ插入相应的等待队列s.queue末尾        }}

Ｖ原语：

V(s){        s.value = s.value++;        if(s.value <= 0)        {                唤醒相应等待队列s.queue中等待的一个进程                改变其状态为就绪状态                并将其插入就绪队列        }}

如上：代码是原子操作的，也就是不能被打断。。。。。。。

ｐｖ操作，主要用来解决进程的同步和互斥问题。。。。。。

　　２，

　　用ＰＶ原语解决司机与售票员的问题

　　

　　同一个信号量的ｐｖ操作不在一个进程中，协同

　　用ＰＶ原语解决民航售票的问题

　　

　　用ＰＶ原语解决汽车租赁的问题　

　　有一汽车租赁公司有两辆车可以出租，假定同时来了四个顾客都要租车，那么肯定会有两个人租不到。。。

　　

　　（如果我们不曾相遇，你有会在哪里）