第2章进程管理c

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1、2018/9/24,操作系统,第二章 进程管理,2.1 进程的基本概念(PROCESS) 2.2 进程状态和进程控制 2.3 线程(THREAD) 2.4 进程的互斥和同步 2.5 进程间通信(IPC, INTER-PROCESS COMMUNICATION) 2.6 死锁问题(DEADLOCK) 2.7 处理机调度,2018/9/24,操作系统,2.5 进程间通信 (INTER-PROCESS COMMUNICATION),2.5.0 进程间通信的类型 2.5.1 信号(signal) 2.5.2 共享存储区(shared memory) 2.5.3 管道(pipe) 2.5.4 消息(me

2、ssage) 2.5.5 套接字(socket),2018/9/24,操作系统,2.5.0 进程间通信的类型,低级通信：只能传递状态和整数值（控制信息），包括进程互斥和同步所采用的信号量和管程机制。优点是速度快。缺点是： 传送信息量小：效率低，每次通信传递的信息量固定，若传递较多信息则需要进行多次通信。 编程复杂：用户直接实现通信的细节，编程复杂，容易出错。 高级通信：能够传送任意数量的数据，包括四类：共享存储区、管道、消息、套接字（socket)。,1. 低级通信和高级通信,2018/9/24,操作系统,2. 直接通信和间接通信,直接通信：信息直接传递给接收方，如管道 在发送时，指定接收方的

3、地址或标识，也可以指定多个接收方或广播式地址； 在接收时，允许接收来自任意发送方的消息，并在读出消息的同时获取发送方的地址。 间接通信：借助于收发双方进程之外的共享数据结构作为通信中转，如消息队列。通常收方和发方的数目可以是任意的,2018/9/24,操作系统,3. 高级通信的特征,通信链路(communication link)： 点对点/多点/广播 单向/双向 有容量（链路带缓冲区）/无容量（发送方和接收方需自备缓冲区） 数据格式： 字节流(byte stream)：各次发送之间的分界，在接收时不被保留，没有格式； 报文(datagram/message)：各次发送之间的分界，在接收时被保

4、留，通常有格式（如表示类型），定长/不定长报文，可靠报文/不可靠报文。 收发操作的同步方式 发送阻塞（直到被链路容量或接收方所接受）和不阻塞（失败时立即返回） 接收阻塞（直到有数据可读）和不阻塞（无数据时立即返回） 由事件驱动收发：在允许发送或有数据可读时，才做发送和接收操作,2018/9/24,操作系统,2.5.1 信号(signal),2.5.1.1 UNIX信号 2.5.1.2 Windows信号,信号相当于给进程的“软件”中断；进程可发送信号，指定信号处理例程；它是单向和异步的。,2018/9/24,操作系统,2.5.1.1 UNIX信号,一个进程向另一个进程或进程组（或自己）发送（k

5、ill系统调用）：发送者必须具有接收者同样的有效用户ID，或者发送者是超级用户身份 某些键盘按键，如：中断字符（通常是Ctrl+C或Del）、暂停字符（如Ctrl+Z） 硬件条件，如：除数为零、浮点运算错、访问非法地址等异常条件 软件条件，如：Socket中有加急数据到达,1. 信号类型,2018/9/24,操作系统,2. 对信号的处理,进程可以设置信号处理例程（signal系统调用），在接收到信号时就被调用，称为“捕获“该信号。信号处理例程的参数是接收到信号的编号。 进程也可以忽略指定的信号(SIG_IGN)。 只有SIGKILL信号（无条件终止进程）和SIGSTOP（使进程暂停）不能被忽略

6、。 在库函数system()的实现中，通过fork和exec加载新程序之后，在父进程中对SIGINT和SIGQUIT都要忽略，然后wait直到子进程终止，才恢复对SIGINT和SIGQUIT的原有处理例程。 进程创建后为信号设立了默认处理例程(SIG_DFL)，如：终止并留映象文件(core),2018/9/24,操作系统,2.5.1.2 Windows 信号,SetConsoleCtrlHandler在本进程的处理例程(HandlerRoutine)列表中定义或取销用户定义的处理例程；如：缺省时，它有一个CTRL+C输入的处理例程，我们可利用本调用来忽视或恢复CTRL+C输入的处理； Gen

7、erateConsoleCtrlEvent发送信号到与本进程共享同一控制台的控制台进程组；,windows的信号处理有两组系统调用，分别用于不同的信号；,1. SetConsoleCtrlHandler和GenerateConsoleCtrlEvent,2018/9/24,操作系统,处理信号列表(5种),2018/9/24,操作系统,2. signal和raise,signal设置中断信号处理例程；如：SIGINT（CTRL+C）、SIGABRT异常中止等信号的处理； raise给本进程发送一个信号； 处理信号列表（6种）,2018/9/24,操作系统,2.5.2 共享存储区(shared m

8、emory),相当于内存 可以任意读写和使用任意数据结构（当然，对指针要注意） 需要进程互斥和同步的辅助来确保数据一致性,2018/9/24,操作系统,1. UNIX的共享存储区,创建或打开共享存储区(shmget)：依据用户给出的整数值key，创建新区或打开现有区，返回一个共享存储区ID。 连接共享存储区(shmat)：连接共享存储区到本进程的地址空间，可以指定虚拟地址或由系统分配，返回共享存储区首地址。父进程已连接的共享存储区可被fork创建的子进程继承。 拆除共享存储区连接(shmdt)：拆除共享存储区与本进程地址空间的连接。 共享存储区控制(shmctl)：对共享存储区进行控制。如：共

9、享存储区的删除需要显式调用shmctl(shmid, IPC_RMID, 0)；,2018/9/24,操作系统,2. UNIX的文件映射,mmap：建立进程地址空间到文件或共享存储区对象的映射，将文件偏移off起的len字节映射到进程地址addr处：caddr_t mmap(caddr_t addr, size_t len, int prot, int flags, int fildes, off_t off); munmap：拆除映射int munmap(void *addr, size_t len); 优点：提高效率（消除不必要的数据拷贝）、降低复杂性（直接读写操作而不必管理缓冲区）、可直

10、接将内存的数据类型记录在文件上（如指针）,2018/9/24,操作系统,3. Windows的文件映射,采用文件映射(file mapping)机制：可以将整个文件映射为进程虚拟地址空间的一部分来加以访问。在CreateFileMapping和OpenFileMapping时可以指定对象名称。 CreateFileMapping为指定文件创建一个文件映射对象，返回对象指针； OpenFileMapping打开一个命名的文件映射对象，返回对象指针； MapViewOfFile把文件映射到本进程的地址空间，返回映射地址空间的首地址； 这时可利用首地址进行读写； FlushViewOfFile可把映

11、射地址空间的内容写到物理文件中； UnmapViewOfFile拆除文件映射与本进程地址空间间映射关系； 随后，可利用CloseHandle关闭文件映射对象；,2018/9/24,操作系统,2018/9/24,操作系统,2.5.3 管道(pipe),管道是一条在进程间以字节流方式传送的通信通道。 常用于命令行所指定的输入输出重定向和管道命令。 在使用管道前要建立相应的管道，然后才可使用。,2018/9/24,操作系统,1. UNIX管道,通过pipe系统调用创建无名管道，得到两个文件描述符，分别用于写和读。 int pipe(int fildes2); 文件描述符fildes0为读端，fild

12、es1为写端； 通过系统调用write和read进行管道的写和读； 进程间双向通信，通常需要两个管道； 只适用于父子进程之间或父进程安排的各个子进程之间； UNIX中的命名管道，可通过mknod系统调用建立：指定mode为S_IFIFO int mknod(const char *path, mode_t mode, dev_t dev);,2018/9/24,操作系统,2. Windows管道,无名管道：类似于UNIX管道，CreatePipe可创建无名管道，得到两个读写句柄；利用ReadFile和WriteFile可进行无名管道的读写；BOOL CreatePipe( PHANDLE hR

13、eadPipe, / address of variable for read handle PHANDLE hWritePipe, / address of variable for write handle LPSECURITY_ATTRIBUTES lpPipeAttributes, / pointer to security attributes DWORD nSize / number of bytes reserved for pipe );,2018/9/24,操作系统,命名管道,命名管道：一个服务器端与一个客户进程间的通信通道；可用于不同机器上进程通信； 类型分为：字节流，消息

14、流（报文）； 访问分为：单向读，单向写，双向； 还有关于操作阻塞(wait/nowait)的设置。相应有一个文件句柄 通常采用client-server模式，连接本机或网络中的两个进程 管道名字：作为客户方（连接到一个命名管道实例的一方）时，可以是“serverNamepipepipename“；作为服务器方(创建命名管道的一方)时，只能取serverName为.pipePipeName，不能在其它机器上创建管道；,2018/9/24,操作系统,与命名管道相关的主要系统调用,命名管道服务器支持多客户：为每个管道实例建立单独线程或进程。 CreateNamedPipe在服务器端创建并返回一个命名

15、管道句柄； ConnectNamedPipe在服务器端等待客户进程的请求； CallNamedPipe从管道客户进程建立与服务器的管道连接； ReadFile、WriteFile（用于阻塞方式）、ReadFileEx、WriteFileEx（用于非阻塞方式）用于命名管道的读写；,2018/9/24,操作系统,2.5.4 消息(message),消息通常是不定长数据块 消息的发送不需要接收方准备好，随时可发送不同于常说的windows消息,2018/9/24,操作系统,1. UNIX消息,消息队列(message queue)：每个message不定长，由类型(type)和正文(text)组成

16、UNIX消息队列API： msgget依据用户给出的整数值key，创建新消息队列或打开现有消息队列，返回一个消息队列ID； msgsnd发送消息； msgrcv接收消息，可以指定消息类型；没有消息时，返回-1； msgctl对消息队列进行控制，如删除消息队列； 通过指定多种消息类型，可以在一个消息队列中建立多个虚拟信道 注意：消息队列不随创建它的进程的终止而自动撤销，必须用msgctl(msgqid, IPC_RMID, 0)。另外，msgget获得消息队列ID之后，fork创建子进程，在子进程中能继承该消息队列ID而不必再一次msgget,2018/9/24,操作系统,2. Windows

17、NT邮件槽,邮件槽(mailslot)：驻留在OS核心，不定长数据块（报文），不可靠传递 通常采用client-server模式：单向的，从client发往server；server负责创建邮件槽，它可从邮件槽中读消息；client可利用邮件槽的名字向它发送消息； 邮件槽名字：作为client（发送方）打开邮件槽时，可以是“rangemailslotpathname“，这里range可以是 .(local computer), computerName, domainName, *(primary domain)；作为server（接收方）只能在本机建立邮件槽，名字可为“.mailslotpathname“；,