进程通信

Posted 2021-01-23 kirino1

进程通信是指进程之间的信息交换。
一、低级通信——进程之间的互斥和同步
信号量机制是有效的同步工具，但作为通信工具缺点如下：
(1)效率低（通信量少）
(2)通信对用户不透明（程序员实现，操作系统只提供共享存储器供代码操作）
二、高级进程通信
用户直接利用操作系统提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的通信方式。
操作系统隐藏了进程通信的细节，对用户透明，减少了通信程序编制上的复杂性。

 

进程通信的类型

高级通信机制可归结为四大类
1、共享存储器系统（操作存储区方式）
相互通信的进程共享某些数据结构或共享存储区，进程之间能够通过这些空间进行通信。
a、基于共享数据结构的通信方式（低级）

诸进程公用某些数据结构，借以实现诸进程间的信息交换。
如生产消费问题，定义共享的数据结构：n个长度的有界缓冲区。
程序员：提供对公用数据结构的设置及对进程间同步的处理。
操作系统：提供共享存储器。
特点：复杂、低效率，还只适合传递相对少量的数据。

b、基于共享存储区的通信方式（高级）

在存储器中划出了一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区中数据的读或写来实现通信。
进程通信前先向系统申请获得共享存储区中的一个分区，并指定该分区的关键字；
若系统已经分给了其他进程，则将该分区的描述符返回给申请者，申请者把获得的共享存储分区连接到本进程上；此后，便可像读、写普通存储器一样地读、写该公用存储分区。多进程借助该区通信。

2、消息传递系统（发--收方式）
最广泛使用的一种，进程间的数据交换，以格式化的消息为单位。屏蔽底层复杂操作。
单机：操作系统底层编程中的消息传递系统调用；
计算机网络：消息称为报文。程序员直接利用系统提供的一组通信命令(原语)进行通信。（④客户机-服务器系统）
如socket编程，利用函数库的send、receive等命令即可实现网络通信

3、管道通信（中间文件方式）
所谓“管道”，是指用于连接一读进程和一写进程以实现通信的一个共享文件，又名pipe文件。
向共享文件输入的写进程以字符流形式将大量的数据送入管道；而接收管道输出的读进程则从管道中接收(读)数据。
首创于UNIX系统。其管道机制需提供三方面的协调能力：互斥、同步、确定对方是否存在。

4、Client-Server system
套接字（Socket）
一个套接字就是一个通信标识类型的数据结构，包含了通信目的的地址，端口号，传输层协议、进程所在的网络地址，以及针对CS程序提供的不同系统调用（API函数）等。
系统中所有的连接都持有唯一的一对套接字及端口连接，从而方便地区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，确保通信双方间逻辑链路的唯一性。

消息传递通信的实现方法

1）直接通信方式
发送进程利用OS所提供的发送命令（原语），直接把消息发送给目标进程。此时，发送进程和接收进程都以显式方式提供对方的标识符。通常利用系统通信命令（原语）：
Send(Receiver, message);
Receive(Sender, message);
2）间接通信方式
基于共享数据结构的实体用来暂存发送给目标进程的消息；接收进程则从该实体中，取出对方发送给自己的消息。通常把这种实体称为信箱。
消息在信箱中可以安全地保存，只允许核准的目标用户随时读取。既可实时通信，又可非实时通信。

系统为信箱通信提供原语：
1）信箱的创建和撤消
信箱名
权限属性
私用信箱
公用信箱
共享信箱
共享者名称
2）信箱消息的发送和接收
进程之间利用信箱进行通信时，必须使用共享信箱。
Send(mailbox, message);
Receive(mailbox, message);

3.消息传递系统的实现
单机和网络环境下的高级进程通信广泛采用“消息传递”方式，需要考虑的问题：
通信链路的建立
消息格式
同步方式

4.消息缓冲队列通信机制
美国Hansan提出，在RC 4000系统上实现。后被广泛应用于本地进程通信。
不需管理链路
定义简单数据结构（亦即消息格式）
实现发送和接收的操作原语