操作系统——进程通信

进程通信是指进程之间的信息交换。

1、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）
2、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。
    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。

进程通信的类型

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
    套接字（Socket）
        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。
    远程过程调用（远程方法调用）
        RPC 有很多正面的应用，比如网络文件系统NFS、Web Service等，也是网络安全中容易被攻击的技术。
        Remote Procedure Call，远程过程调用。也就是说，调用过程代码并不是在调用者本地运行，而是要实现调用者与被调用者二地之间的连接与通信。
        RPC的基本通信模型是基于Client/Server进程间相互通信模型的一种同步通信形式；它对Client提供了远程服务的过程抽象，其底层消息传递操作对Client是透明的。

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。
    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。

消息传递系统的实现需要考虑的问题

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）
    即考虑平时闲着，还是平时忙碌？
    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）

消息缓冲队列通信机制

①不需管理链路
②定义简单数据结构（亦即消息格式）
③实现发送和接收的操作原语

本机通信消息结构简单，如下：
type message
buffer = record
  sender;   发送者进程标识符
  size;   消息长度
  text;   消息正文
  next;   指向下一消息缓冲区的指针
end