第3章 进程同步与通信 第6课时 进程通信《操作系统原理课件（第2版）》 同步教学（电子工业出版社）

操作系统原理(第2版） 3.7.1 进程通信的概念 进程的特征之一是进程的独立性。一个进程不能访问另一个进程的数据或代码，以保证进程之间不会相互干扰，但由此也造成了进程之间无法直接交换数据，而需要借助进程通信机制来实现。可以采用如下图所示的两种方案来实现在进程之间传递数据。 3.7 进程通信 进程通信方案： （1）发送、接收双方经过事先约定，利用磁盘等外存设备由发送进程A把要交换的数据写入外存的指定区域，接收进程B从该区域读取数据。这种方案实现简单，只需要操作系统的文件系统即可，但通信过程却需要I/O操作。 （2）利用内核运行在核心态的特点，发送进程A通过内核程序将数据写入内核空间指定的区域，接收进程B则通过另一组内核程序从内核指定区域中读取数据，并写入接收进程B的内存数据空间，从而实现数据从进程A传送到进程B。这种方案需要操作系统专门的系统调用来实现，数据传送不需要I/O操作（全部在内存中完成），速度快。 3.7 进程通信 进程通信分为如下两种： （1）低级通信。进程之间一次只能传送很少的信息。低级通信的优点是速度快；缺点是传递的信息量少、效率低，通信过程对用户不透明，因此编程较复杂。低级通信主要是作为互斥与同步的工具来使用，所以我们也将P、V原语称为低级通信原语。 （2）高级通信。进程间一次可以传送大量的信息。优点是通信效率高，通信过程对用户透明，编程相对较简单。高级通信的目的不仅是为了控制进程的执行速度，而且是为了交换大量的信息。 3.7 进程通信 进程之间的高级通信分为如下3种： ① 共享内存通信方式。通信双方利用共享的内存区来实现进程间 通信。 ② 共享文件通信方式。通信双方利用共享一个文件来实现进程间 通信。该通信方式又称为管道通信，而被共享的文件称为管道。 ③ 消息传递通信方式。利用操作系统提供的消息传递系统来实现 进程间通信，进程间以消息为单位来进行信息交换。 3.7 进程通信 3.7.2 共享内存通信方式 方法：在内存中划出一块内存区作为共享数据区，称为共享内存分区，要通信的进程双方将自己的虚拟地址空间映射到共享内存分区上（如下图）。 通信时，发送进程将需要交换的信息写入该共享内存分区中，接收进程从该共享内存分区中读取信息，从而实现进程之间的通信。 特点：是进程之间最快捷、最有效的一种通信方式。UNIX、Windows、OS/2等操作系统都采用了这种通信方式。 3.7 进程通信 3.7.3 消息缓冲通信方式--属于直接通信方式 若采用消息缓冲通信方式，则发送进程利用发送命令（原语）直接将信息发送到接收进程的消息队列，而接收进程则利用接收命令（原语）从自己的消息队列中取出消息。进程间信息交换以消息为单位。 对于发送者，在通信中存在两种可能的行为：① 发送完消息后不等消息被接收者接收就继续前进；② 发送完消息后阻塞自己直到收到接收者的回答消息后才继续前进。 对于接收者，也存在两种可能的行为：① 若有消息则接收这个消息后继续前进，若无消息则必须等待消息的到来（即阻塞自己）；② 若有消息则接收这个消息后继续前进，若无消息则放弃接收消息而继续前进。 进程之间的通信分为单向通信和双向通信。 3.7 进程通信 消息缓冲机制通信过程描述如下： （1）发送者在发送消息前，先在自己的内存空间设置一个发送区，把欲发送的消息填入其中。 （2）发送者申请一个消息缓冲区，将已准备好的消息从发送区送到该消息缓冲区，并将发送者进程的名字、消息的开始地址以及消息的长度（通常以字节或字为单位）等信息填入该消息缓冲区中，然后把该消息缓冲区挂到接收进程的消息链上。 （3）接收者在接收消息前先在自己的内存空间设置相应的接收区。 （4）接收者摘下消息链上的第一条消息，将该消息从消息缓冲区复制到接收区，然后释放该消息缓冲区。 3.7 进程通信 消息缓冲区数据结构描述如下： struct messagebuffer { int sender; //发送进程标识符 int size; //消息长度 char text[MAXSIZE]; //消息正文，MAXSIZE为数组text的长度 struct messagebuffer *next; // next为指向下一个消息缓冲区的指针 } 3.7 进程通信 发送原语send描述如下： void send(receiver,a) { lock out interrupts; //关中断