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1、2.5 进程通信高级通信（1）,一、进程通信的类型 进程通信是指进程之间的信息交换。根据所交换的信息量的多少分为： 低级通信 进程之间交换的信息量较少且效率低。如进程同步和互斥。 高级通信 进程之间交换的信息量较多且效率高。又分为：,2.5 进程通信高级通信（2）,共享存储器系统 指进程之间通过对共享某些数据结构或共享存储区读写来交换数据。 消息传递系统 指进程间的通信以消息为单位，程序员可通过通信原语实现通信，按其实现方式不同可分为： 直接通信方式 发送进程直接把消息发送给接收进程。 间接通信方式 发送进程把消息发送到某个中间实体（信箱），接收进程从中取得消息。,2.5 进程通信高级通信（3
2、）,管道通信系统 发送进程（写进程）以字符流形式将大量数据送入管道（管道：用于连接读进程和写进程以实现它们之间通信的共享文件），接收进程（读进程）从管道接收数据。,一、共享存储器系统,相互通信的进程通过共享数据结构和存储区进行通信，因而可进一步分为： 基于共享数据结构的通信方式（低效，只适于传递少量数据） 基于共享存储区的通信方式。为了传送大量数据，在存储区中划出一块共享存储区，各个进程可通过对共享存储区进行读或写数据实现通信。,二、消息传递系统 -直接通信方式（消息缓冲通信）(1),发送进程利用OS所提供的发送命令，直接把消息发送给接收进程。 要求：发送进程和接收进程都以显式方式提供对方的标
3、识符。 系统提供的两条通信原语： Send(Receiver,message);发送一个消息给接收进程； Receive(Sender,message);接收Sender发来的消息；,二、消息传递系统 -直接通信方式（消息缓冲通信）(2),生产者-消费者问题的解决 repeat . . . Produce an item in nextp; . . . Send(consumer,nextp); until false;,repeat . . . Receive(producer,nextc); . . . consume the item in nextc; until false;,二、消
4、息传递系统 -间接通信方式（信箱通信）(1),发送进程把消息发送到某个中间实体（信箱），接收进程从中取得消息。 系统提供的若干条原语 信箱创建和撤消原语 两条通信原语 Send(mailbox,message) 将一个消息发送给指定信箱； Receive(mailbox,message) 从指定信箱中接收一个消息； 信箱的分类：私用信箱（进程为自己创建）、公用信箱（操作系统创建）、共享信箱（由某进程创建，指明是共享的）,二、消息传递系统 -间接通信方式（信箱通信）(2),在利用信箱通信时，在发送进程和接收进程之间，存在着四种关系： 一对一关系：即可以为发送进程和接收进程建立一条专用的通信链路；
5、 多对一关系：允许提供服务的进程与多个用户进程进行交互，也称客户/服务器交互； 一对多关系：允许一个发送进程与多个接收进程交互，使发送进程用广播的形式，发送消息； 多对多关系：允许建立一个公用信箱，让多个进程都能向信箱投递消息，也可取走属于自己的消息。,三、消息传递系统实现中的若干问题（1）,通信链路 建立通信链路（显式建立链路、隐式建立链路） 通信链路的连接方法（点-点、多点） 通信方式（单向、双向） 通信链路的容量（无容量、有容量）,三、消息传递系统实现中的若干问题（2）,消息格式 消息头和消息正文 进程同步方式 发送进程阻塞，接收进程阻塞（紧密同步，无缓冲） 发送进程不阻塞，接收进程阻塞
6、（应用最广） 发送进程和接收进程均不阻塞（较常见，消息队列）,四、消息缓冲队列通信机制（1）,消息缓冲区 Type message buffer=record sender：发送消息的进程名或标识符 size：发送的消息长度 text：发送的消息正文 next-ptr：指向下一个消息缓冲区的指针 end 在进程的PCB中涉及通信的数据结构 mq：消息队列队首指针 mutex：消息队列互斥信号量, 初值为1 sm：表示接收进程消息队列上消息的个数，初值为0，是控制收发进程同步的信号量,四、消息缓冲队列通信机制（2）,发送原语send 申请一个消息缓冲区，把发送区内容复制到这个缓冲区中；找到接收进
7、程的PCB，执行互斥操作P(mutex) ；把缓冲区挂到接收进程消息队列的尾部，执行V(mutex)，然后执行V(sm) ，即消息数加1； 接收原语 receive 执行P(sm)，查看是否有信件；执行互斥操作P(mutex) ，从消息队列中摘下第一个消息，执行V(mutex) ；把消息缓冲区内容复制到接收区，释放消息缓冲区,四、消息缓冲队列通信机制（3）,2.6 线程（1）,20世纪80年代中期，出现了比进程更小的能独立运行的基本单位-线程 线程的引入 引入进程的目的 使多个程序并发执行 改善资源利用率，提高系统吞吐量,2.6 线程（2）,引入线程的目的 减少程序并发执行时所付出的时空开销
8、使操作系统具有更好的并发性 从进程的两个基本属性（拥有资源的独立单位、可独立调度和分派的基本单位）来进一步说明引入线程的目的,一、线程的基本概念（线程的定义）,线程的定义 线程是进程中的一个实体，是被系统独立调度和分派的基本单位。线程基本上自己不拥有系统资源，只拥有少部分在运行中必不可少的资源，但它可与同属一个进程中的其它线程共享进程所拥有的全部资源。,一、线程的基本概念（线程的定义）,一个线程可以创建和撤消另一个线程 同一个进程中的多个线程可以并发地执行 当一个线程改变了存储器中的一个数据项时，在其它线程访问这一项时它们能够看到变化后的结果 如果一个线程为读操作打开一个文件时，同一个进程中的
9、其它线程也能够从该文件中读。,一、线程的基本概念（线程的属性）,线程的属性 线程是轻型实体。基本上不拥有系统资源，只有一点必不可少的、能保证独立运行的资源。 线程是独立调度和分派的基本单位。 可并发执行。一个进程中的多个线程可并发执行；不同进程中的线程也能并发执行。 共享进程资源。同一进程中的各个线程，都可以共享该进程所拥有的资源。,一、线程的基本概念（线程和进程的比较）,能并发执行,提高资源的利用率和系统吞吐量.,提高并发执行的程度，进一步提高资源的利用率和系统吞吐量.,较低,较高,资源拥有的基本单位进程 独立调度/分派的基本单位进程,资源拥有的基本单位进程 独立调度/分派的基本单位线程,就
10、绪; 执行;等待,就绪;执行;等待,资源拥有的基本单位进程,资源拥有的基本单位进程,创建/撤消/切换时空开销较大,创建/撤消/切换时空开销较小,创建,撤消,切换,创建,撤消,切换,进程控制块PCB,进程控制块PCB，线程控制块TCB,单进程单线程;单进程多线程;多进程单线程;多进程多线程,一、线程的基本概念（线程和进程的比较）,Process is an infrastructure in which execution takes place (address space + resources) Thread is a program in execution within a proce
11、ss context each thread has its own stack,一、线程的基本概念（线程和进程的比较）,二、多线程（1）,指OS支持在一个进程中执行多个线程的能力 传统的每个进程中只有一个线程在执行 MS-DOS是支持单用户进程和单线程的OS UNIX支持多用户进程，但只支持每个进程一个线程（即多进程单线程） 单进程多线程的例子：Java运行环境 多进程多线程的例子：Windows 2000,二、多线程（2）,多线程OS中进程的属性 作为系统资源分配的单位 可包括多个线程。至少包括一个线程，这些线程可并发执行。OS中的所有线程都只能属于某一个特定的进程 进程不是一个可执行的实
12、体，线程是作为独立运行的基本单位,三、线程间的同步（1）,互斥锁 比较简单的、用于实现线程间对资源互斥访问的机制 条件变量 为避免互斥锁造成的死锁问题，在创建互斥锁时就联系着一个条件变量 单纯的互斥锁用于短期锁定，用来保证互斥进入CS 条件变量用于线程的长期等待，直到所等资源可用,三、线程间的同步（2）,信号量机制 私用信号量（属于特定的进程所有，OS不知其存在） 公用信号量（系统信号量） 多读、单写锁,四、线程的实现方式（1）,内核支持线程（KST-KernelSupported Threads） 如Macintosh和OS/2操作系统 用户级线程（ULT-UserLevelThreads） 如一些数据库管理系统（如Infomix） 组合方式 把ULT和KST两种方式进行组合，提供了组合方式ULT/KST线程 如Solaris操作系统,四、线程的实现方式（2）,四、线程的实现方式（3）,五、Solaris OS 中的线程,Solaris 2：是UNIX的一种版本,92年以前仅支持传统的单线程的重型进程,现在已发展为可支持用户级、内核/核心级线程,对称多处理器和实时调度的OS。,用户级线程,轻型进程,内核级线程,进程,内核,第8讲作业,P83页：第33-43题,
