几种进程间的通信方式

管道( pipe )：

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程间使用。进程的亲缘关系通常是指父子进程关系。

有名管道 (named pipe) ：

有名管道也是半双工的通信方式，但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

信号量( semophore ) ：

信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。

消息队列( message queue ) ：

消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

信号 ( signal ) ：

信号是一种比较复杂的通信方式，用于通知接收进程某个事件已经发生。

共享内存( shared memory ) ：

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号两，配合使用，来实现进程间的同步和通信。

套接字( socket ) ：

套接字也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同主机的进程通信。

死锁

死锁是指两个或两个以上的进程在执行过程中，由于竞争资源或者由于彼此通信而造成的一种阻塞的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。

产生条件

虽然进程在运行过程中，可能发生死锁，但死锁的发生也必须具备一定的条件，死锁的发生必须具备以下四个[必要条件]
1****）互斥条件：指进程对所分配到的资源进行排它性使用，即在一段时间内某资源只由一个进程占用。如果此时还有其它进程请求资源，则请求者只能等待，直至占有资源的进程用毕释放。
2****）请求和保持条件：指进程已经保持至少一个资源，但又提出了新的资源请求，而该资源已被其它进程占有，此时请求进程阻塞，但又对自己已获得的其它资源保持不放。
3****）不剥夺条件：指进程已获得的资源，在未使用完之前，不能被剥夺，只能在使用完时由自己释放。
4****）环路等待条件：指在发生死锁时，必然存在一个进程——资源的环形链，即进程集合{P0，P1，P2，···，Pn}中的P0正在等待一个P1占用的资源；P1正在等待P2占用的资源，……，Pn正在等待已被P0占用的资源。

只要打破四个必要条件之一就能有效预防死锁的发生：
①打破互斥条件：改造独占性资源为虚拟资源，大部分资源已无法改造。
②打破不可抢占条件：当一进程占有一独占性资源后又申请一独占性资源而无法满足，则退出原占有的资源。
③打破占有且申请条件：采用资源预先分配策略，即进程运行前申请全部资源，满足则运行，不然就等待，这样就不会占有且申请。
④打破循环等待条件：实现资源有序分配策略，对所有设备实现分类编号，所有进程只能采用按序号递增的形式申请资源。即破坏了环路

银行家算法（适用于每种资源类型有多个实例）

为了实现银行家算法，必须要有几个数据结构：

注：设n为系统进程的个数，m为在资源类型的种类。

Available：长度为m的向量。表示每种资源的现有实例的数量。如果Available[j]=k，那么资源Rj有k个实例有效。

Max：n * m矩阵。定义每种进程的最大需求。如果Max[i][j]=k,那么进程Pi可以最多请求资源Rj的k个实例。

Allocation：n * m矩阵。定义每个进程现在所分配的各种资源类型的实例数量。如果Allocation[I,j]=k,那么进程Pj当前分配了k个资源Rj的实例。

Need：n * m矩阵。表示每个进程还需要的剩余的资源。如果Need[i][j]=k,那么进程Pj还需要资源Rj的k个实例。
注：Need[i][j] = Max[i][j] – Allocation [i][j]

为了描述方便，我们采用一些简化的表示方法：

设X和Y为长度为n的向量，则X <= Y当且仅当对所有i = 1，2，...，n，X[i] <= Y[i]。例如，如果X = (1,7,2,3)而Y = (0,3,2,1)，那么Y <= X。如果Y <= X且Y != X，那么Y < X。

可以将Allocation和Need的每行作为向量，并分别用Allocation i和Need i来表示，向量Allocation i表示分配给进程Pi的资源；向量Need i表示进程为完成其任务可能仍然需要申请的额外资源。

银行家算法可整体分成两个部分：

1.安全性算法

确认计算机系统是否处于安全状态的算法分为如下几步：

（1）设Work和Finish分别为长度为m和n的向量。按如下方式进行初始化，Work = Avaliable且对于i = 0,1，...，n - 1，Finish[i] = 　　 false。

（2）查找这样的i使其满足

·Finish[i] = false

·Need i <= Work

如果没有这样的i，那么就转到第（4）步。

（3）Work = Work + Allocation i

Finish[i] = true

返回第（2）步

（4）如果对所有i，Finish[i] = true，那么系统则处于安全状态。

该算法可能需要m * n^2数量级的操作以确定系统是否处于安全状态。

2.资源请求算法

现在，描述如何判断是否可安全允许请求的算法。

设Request i为进程Pi的请求向量。如果Request i[j] == k，那么进程Pi需要资源类型Rj的实例数量为k。当进程Pi作出资源请求时，采取如下动作：

（1）如果Request i <= Need i，那么转到第（2）步。否则，产生出错条件，这是因为进程Pi已超过了其最大请求。

（2）如果Request i <= Available，那么转到第（3）步。否则，Pi必须等待，这是因为没有可用资源。

（3）假定系统可以分配给进程Pi所请求的资源，并按如下方式修改状态：

Available = Available - Request i;

Allocation i = Allocation i + Request i;

Need i = Need i - Request i;

如果所产生的资源分配状态是安全的（通过上面的安全性算法），那么Pi可分配到它所请求的资源。但是，如果新状态不安全，则进程Pi必须等待Request i并恢复到原来的资源分配状态。