10 进程间通信 | 《操作系统》笔记

这一系列是操作系统 (清华大学向勇、陈渝)视频课的课堂笔记，主要是课堂 PPT 和部分讲授内容的文字版，仅供参考。

概述（Inter Process Communication, IPC）

• 直接通信与间接通信
  • 
  • 直接通信
    • 进程必须正确的命名对方:
      • send(P, message) - 发送信息到进程 P
      • receive(Q, message) - 从进程 Q 接受消息
    • 通信链路的属性
      • 自动建立链路
      • 一条链路怡好对应一对通信进程
      • 每对进程之间只有一个链接存在
      • 链接可以是单向的，但通常为双向的
  • 间接通信
    • 定向从消息队列接收消息
      • 每个消息队列都有一个唯一的 ID
      • 只有它们共享了一个消息队列，进程才能够通信
    • 通信链路的属性
      • 只有进程共享一个共同的消息队列，才建立链路
      • 链接可以与许多进程相关联
      • 每对进程可以共享多个通信链路
      • 连接可以是单向或双向
    • 操作
      • 创建一个新的消息队列
      • 通过消息队列发送和接收消息
      • 销毁消息队列
    • 原语的定义如下
      • send(A, message) - 发送消息到队列 A
      • receive(A, message) - 从队列 A 接受消息
• 阻塞与非阻塞
  • 阻断被认为是同步的
  • 非阻塞被认为是异步的
• 通信链路缓冲
  • 零容量：发送方必须等待接收方
  • 有限容量：发送方必须等待，如果队列满
  • 无限容量：专送方不需要等待

信号

• Signal(信号)
  • 软件层面的中断
  • Examples: SIGFPE, SIGKILL, SIGUSRI, SIGSTOP, SIGCONT
• 接收到信号时会发生什么
  • Catch: 指定信号处理函数被调用
  • Ignore: 依靠操作系统的默认操作
    • Example: Abort, memory dump, suspend or resume process
  • Mask: 闭塞信号因此不会传送
    • 可能是暂时的（当处理同样类型的信号）
• 不足
  • 不能传输要交换的任何数据
• 

管道

• 内存中的一个 buffer
• 把一个程序的输出重定向到另一个程序的输入
• 
• 子进程从父进程（shell）继承文件描述符
• 进程不知道（或不关心）从键盘、文件、程序读取或写入到终端、文件、程序

消息队列

• 管道的缺点
  • 没有父进程的参与无法完成
  • 传递字节流而非结构化的数据
• 消息队列按 FIFO 的来管理消息
  • Message: 作为一个字节序列存储
  • Message Queues: 消息数组
  • FIFO&FILO configuration
  • 

共享内存

• 进程
  • 每个进程都有私有地址空间
  • 在每个地址空间内，明确地设置了共享内存段
• 优点
  • 快速、方便地共享数据
• 不足
  • 必须同步数据访问
• 特点
  • 最快的方法
  • 一个进程写另外一个进程立即可见
  • 没有系统调用干预
  • 没有数据复制
  • 不提供同步：由程序员提供同步