进程控制的实现原语和进程通信（IPC）相关概念

Posted 2021-09-07 bfhonor

一、进程控制

（一）什么是进程控制？

• 进程控制的主要功能是对系统中的所有进程实施有效的管理，它具有创建新进程、撤销已有进程、实现
  进程状态转换等功能。
• 简化理解：反正进程控制就是要实现进程状态转换

（二）如何实现进程控制？

• 用“原语”实现
  
  

（三）如何实现原语的“原子性”？

• 原语的执行具有原子性，即执行过程只能一气呵成，期间不允许被中断。
• 可以用 “关中断指令”和“开中断指令”这两个特权指令实现原子性
  
  

（四）进程控制相关的原语

（五）程序是如何运行的？

• 这些指令顺序执行的过程中，很多中间结果是放在各种寄存器中的.
• 思考：执行完指令3后，另一个进程开始上CPU运行。
  
• 解决办法：在进程切换时先在PCB中保存这个进程的运行环境（保存一些必要的寄存器信息）
• 当原来的进程再次投入运行时，可以通过PCB恢复它的运行环境
  

无论哪个进程控制原语，要做的无非三类事情：

1. 更新PCB中的信息【修改进程状态（state）保存/恢复运行环境】
   ①、 所有的进程控制原语一定都会修改进程状态标志
   ②、剥夺当前运行进程的CPU使用权必然需要保存其运行环境
   ③、某进程开始运行前必然要恢复期运行环境
2. 将PCB插入合适的队列
3. 分配/回收资源

二、进程通信（IPC）

• 进程间通信（Inter-Process Communication， IPC）是指两个进程之间产生数据交互。

（一）为什么进程通信需要操作系统支持？

• 进程是分配系统资源的单位（包括内存地址空间），因此各进程拥有的内存地址空间相互独立。
• 为了保证安全，一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。
  

（一）共享存储

• 为避免出错，各个进程对共享空间的 访问 应该是 互斥 的。
• 各个进程可使用操作系统内核提供的同步互斥工具（如P、V操作）
  

（二）消息传递

• 进程间的数据交换以格式化的消息（Message）为单位。进程通过操作系统提供的“发送消息/接收消息”两个原语进行数据交换。
  

1. 直接通信方式

• 消息传递之~直接通信方式，点名道姓的消息传递。
  
  

2. 间接通信方式

• 间接通信方式，以“信箱”作为中间实体进行消息传递。
  
  

（三） 管道通信

1. 管道只能采用半双工通信，某一时间段内只能实现单向的传输。如果要实现双向同时通信，则需要设置两个管道。
2. 各进程要互斥地访问管道（由操作系统实现）
3. 当管道写满时，写进程将阻塞，直到读进程将管道中的数据取走，即可唤醒写进程。
4. 当管道读空时，读进程将阻塞，直到写进程往管道中写入数据，即可唤醒读进程。
5. 管道中的数据一旦被读出，就彻底消失。因此，当多个进程读同一个管道时，可能会错乱。对此，通常有两种解决方案：
   ①、一个管道允许多个写进程，一个读进程（2014年408真题高教社官方答案）；
   ②、允许有多个写进程，多个读进程，但系统会让各个读进程轮流从管道中读数据（Linux 的方案）。

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• 写进程往管道写数据，即便管道没被写满，只要管道没空，读进程就可以从管道读数据
• 读进程从管道读数据，即便管道没被读空，只要管道没满，写进程就可以往管道写数据

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