二.进程(6-7)进程通信、线程
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。
n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。
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)
b.基于共享存储区的通信方式(高级)
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。
④Client-Server system
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C\S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。
2.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。
n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。
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:
①通信链路的建立
②消息格式
③同步方式
①通信链路的建立
计算机网络环境下,用原语显式建立/拆除链路
单机系统只须利用系统原语,进程间链路由系统自动管理。
②消息格式
单机系统,发送与接收进程在同一台机器,环境相同故格式简单;
网络环境下,受不同目标机器的环境和长距离信息传输等因素的影响,消息格式较复杂,消息常是“大头+正文”
③同步方式(如何控制发送和接收的状态)
发送进程阻塞、接收进程阻塞(无缓冲紧密同步)
发送进程不阻塞、接收进程阻塞(服务器程序)
发送进程和接收进程均不阻塞(缓冲队列)
2.线程的属性
多线程OS中,一个进程包括多个线程,每个线程都是利用CPU的基本单位。
轻型实体:只需一点必不可少的、能保证独立运行的资源。(TCB)
独立调度和分派的基本单位:调度切换迅速且开销小。
可并发执行
共享进程资源:同进程中的线程可共享相同的进程地址空间、已打开文件、信号量机构等。
3.线程的信息
(TCB管理什么信息?)
状态参数
标识符、运行状态、优先级、寄存器状态、堆栈、专有存储器、信号屏蔽等。
运行状态
执行、就绪、阻塞
4.线程的创建和终止
在多线程OS中,应用程序启动时,通常只有一个线程(初始化线程)在执行,它根据需要再创建若干线程。
创建新线程:
利用线程创建函数(或系统调用),提供相应参数。线程创建函数执行完后,返回一个线程标识符供以后使用。
线程被终止:
不立即释放资源,只有当进程中的其它线程执行分离函数后,资源才分离出来能被其它线程利用。
被终止而未释放资源的线程仍可被需要它的线程调用,使其重新恢复运行。