2.6  进程通信

2.6.1进程通信的类型

1.共享存储器系统

(1)基于共享数据结构的通信方式。

     诸进程公用某些数据结构，以实现信息交换。如P—C问题利用有界缓冲区这种数据结构来实现通信。实质是低级通信。

(2) 基于共享存储区的通信方式。

    存储器中划出一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区中数据的读或写来实现通信。

2．消息传递系统

　当前应用最为广泛的一种通信机制。

  进程间通信单位：格式化的消息(报文) 。

  实现过程：利用OS提供的一组通信原语。

  优点：能实现大量数据的传递，隐藏通信细节，使通信过程对用户是透明的。

   微内核操作系统中，微内核与服务器之间的通信都采用消息传递机制。

消息传递分为直接通信、间接通信方式两种。

3．管道通信（最早出现于UNIX系统）

为了协调双方的通信，管道机制必须提供以下三方面的协调能力：

  (1)互斥：两进程互斥访问pipe。

(2)同步：

  写进程写入一定数据后等待读进程读数据；

  读进程读完数据后等待写进程向pipe写数据；

(3)pipe两端都有进程才能进行通信。

2.6.2消息传递通信的实现方法

1.直接通信方式

源进程利用OS所提供的发送命令，直接把消息发送给目标进程。

   发送进程和接收进程都以显式方式提供对方的标识符。

发送原语：Send(Receiver，message)；

接收原语：Receive(Sender，message)；

例如，原语Send(P2，m1) ；

      原语Receive(P1，m1) 。

在某些情况下，接收进程可与多个发送进程通信，因此，它不可能事先指定发送进程。对于这样的应用，接收原语可表示为：

Receive(id，message)；

可以利用直接通信原语来解决P—C问题。

  P进程生产消息后，用Send原语发送给C进程；而C进程则利用Receive原语来得到一个消息。通信过程可分别描述如下：

P:  repeat

      produce an item in nextp；

    send(consumer，nextp)；

    until false；

C: repeat

   receive(producer，nextc)；　

   consume the item in nextc；

   until false；

2．间接通信方式

　利用第三方来传递消息，以实现实时、非实时的信息传递。第三方称为信箱。　　

OS提供的信箱原语：

(1)信箱的创建和撤消。

   信箱创建原语建立一个新信箱。

   需创建的信箱信息：信箱名字、信箱属性(公用、私用或共享)；对于共享信箱，还应给出共享者的名字。

   信箱撤消原语撤消信箱。

(2)消息的发送和接收。

  发送原语：Send(mailbox，message)；   

  接收原语Receive(mailbox，message)；

　信箱可由操作系统创建，也可由用户进程创建，据此，可把信箱分为以下三类。

   1) 私用信箱

　由进程自身创建，多进程可向其发信息，但只能由创建者读取信息，有生命周期。

  私用信箱采用单向通信链路实现。

2)共享信箱

   由进程创建，需指明共享者名字。指定的共享者可从信箱中取属于自己的信息。　

3) 公用信箱

   由操作系统创建，提供给系统中的所有核准进程使用。核准进程既可发送消息也可读取自己的消息。

   采用双向通信链路的信箱来实现。

   通常，公用信箱在系统运行期间始终存在。

用信箱通信时发送、接收进程间的关系：　　

(1)1对1：1发送1接收，二者通过单向通信链路通信，整个过程不受干扰。

(2)1对多：1发送多接收，发送进程采用广播方式向多个接收者发送消息。

(3)多对1：多发送1接收，如私有信箱。

(4)多对多关系：如公用信箱。

2.5.3消息传递系统实现中的

  若干问题

1．通信链路

2．消息的格式

　单机消息格式比较简单；网络环境下消息格式比较复杂。

3．进程同步方式

　进程通信时，发送进程、接收进程，都存在两种可能性状态，即发送(接收)，或者阻塞。二者间可能有以下三种情况：

(1) 二者均阻塞。

  两进程平时都处于阻塞状态，直到有消息传递时才被唤醒。

  此时进程之间紧密同步，即二者是无容连接。这种同步方式称为汇合。

(2)发送进程不阻塞，接收进程阻塞。

  应用最广的同步方式。

  发送进程可以尽快地把一个或多个消息发送给多个目标；而接收进程平时则处于阻塞状态，直到发送进程发来消息时才被唤醒。如打印服务。

(3)发送进程和接收进程均不阻塞。

   也较常见。一般二者间为有容连接。

   例如，在发送进程和接收进程之间联系着一个消息队列。

   发送进程可以连续地向消息队列中发送消息；接收进程也可以连续地从消息队列中取得消息。

   只有当消息队列满时，发送进程才会阻塞；只有当消息队列中的消息空时，接收进程才会阻塞。

2.6.4消息缓冲队列通信机制

 1) 消息缓冲区

　　消息缓冲区描述如下：

typemessage buffer=record

  sender       ；发送者进程标识符

  size；消息长度

text；消息正文

next；指向下一个消息缓冲区的指针

end

2)  PCB中有关通信的数据项

　　在PCB中应增加的数据项可描述如下：

typeprocesscontrol block=record

mq；消息队列队首

             mutex；消息队列互斥信号量

sm；消息队列资源信号量

end

2．发送原语

 1)先在自己的内存空间设置一发送区a

 2)把待发送的消息正文、发送进程标识符、  

   消息长度等信息填入其中

 3)然后调用发送原语，把消息发送给目标

   (接收)进程。

   ①根据发送区a中所设置的消息长度a.size来申请一缓冲区i；

   ②把发送区a中的信息复制到缓冲区i中；   

   ③获得接收进程的内部标识符j；

   ④将i挂在j.mq上。

发送原语可描述如下：

3．接收原语

1)调用接收原语receive(b)

  2)从自己的消息缓冲队列mq中摘下第一个消息缓冲区i，

  3)将其中的数据复制到以b为首址的指定消息接收区内。