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。