【操作系统-进程】进程间通信：管道

操作系统底层工作的整体认识

-输入和输出设备：就是我们的磁盘的IO设备（如：键盘，U盘，显示器）
使用这些设备最终反馈的都是电信号，电信号被反馈到内部处理组件里面转成数字信号，所谓的数字信号就是我们的芯片，芯片集成了大量电路，电路通过高低压（高低电阻）判断电信号的开关（1和0），所以这就是我们的CPU为什么只认0101这种二进制的数据。

CPU

• 控制单元 ：指令计数器、指令寄存器、地址寄存器
• 运算单元：ALU
• 数据单元：存储单元（寄存器、CPU缓存）：主要存指令、存数据…（要算的时候从内存中捞过来）

CPU结构

• L3 cache是一个CPU上的多个内核（Core0和Core1）共享.
• L1和L2是内核独享。
• 还有一点值得注意：缓存是由最小的存储区块-缓存行（cacheline），缓存行大小通常为64byte
  
  long（8字节）那么一个缓存行只能装64/8=8个long

先看一个空间局部性原则的例子：

• 运行结果是第一种比第二种快
  
• 第一种是按行加，
  
• 把二维数组的一维（第一行）读取到cache缓存，只需要跟内存交互一次。
  
  

CPU运行安全等级

• CPU在为java程序创建一个线程时（JAT），会从ring3切换到ring0，这里是状态切换

线程模型

• 内核线程模型（KLT）：线程的创建调度和销毁由OS完成
• 用户线程模型（ULT）：线程的创建调度和销毁由用户程序自己完成
  
  
• 堆栈一般有两个：一个在用户空间，一个在内核空间
• JVM运用的是KLT线程模型：java启动200个线程时，cpu的线程会立马+200
  
  

线程上下文切换：切换时会把执行结果保存到内存TSS（任务状态段）Task State Segment

虚拟机指令集架构

进程

每个进程的用户地址空间都是独立的，一般而言是不能互相访问的，但内核空间是每个进程都共享，所以进程之间要通信必须通过内核。
Linux内核提供了不少进程间通信的机制：

• 管道
• 消息队列
• 共享内存
• 信号量
• 信号
• Socket

管道

linux中的“|”竖线

$ ps auxf| grep mysql

上面命令行里的|竖线就是一个管道，它的功能是将一个命令（ps auxf）的输出，作为后一个命令（grep mysql）的输入，从这功能描述，可以看出管道传输数据是单向的。
如果想互相通信，我们需要创建两个管道才行。

同时，|这种管道是没有名字，表示匿名管道，用完了就销毁。

所以相应地，管道还有另外一个类型是命名管道，也叫做FIFO，因为数据是先进先出的传输方式。
在使用命名管道前，先需要通过mkfifo命令来创建，并且指定管道名字：

$ mkfifo myPipe
//myPipe就是管道的名字

基于Linux一切皆文件的理念，所以管道也是文件的方式存在，我们可以用ls查看一下，这个文件的类型是p，也就是pipe（管道）的意思：

$ ls -l
pew-r--r--.
1 root root     0 Aug  11  02:45  myPipe

接下来，我们往myPipe这个管道写入数据：

$ echo "hello" > myPipe    //将数据写进管道
                           //停住了...

你会发现，操作后，就停在这了，这是因为管道里内容没有被读取，只有当管道里的数据被读取后，命令才可以正常退出？？？
于是我们在另一个终端执行另外一个命令来读取这个管道里的数据：

$ cat   <   myPipe     //读取管道里数据
hello

可以看到，管道里的内容被读取出来了，并打印在了终端上，另外一个方面，echo那个命令也正常退出了。

我们可以看出，管道这种通信方式效率低，不适合进程间频繁地交换数据。当然它的好处自然就是简单哈哈哈。同时我们也很容易得出管道里的数据已经被另外一个进程读取了！！！。完成了进程间的通信！！！

那么，上面讲了命名管道，下面讲讲匿名管道的创建，需要通过下面这个命令调用：

int pipe(int fd[2])

这里表示创建一个匿名管道，并返回了两个描述符，一个是管道的读取端描述符fd[0],另一个是管道的写入端描述符fd[1]。注意，这个匿名管道是特殊文件，只存在内存，不存在文件系统中。

其实，所谓的管道，就是内核里面的一串缓存。
从管道的一端写入数据，实际上是缓存在内核中的，另一端的读取，也就是从内核中读取这段数据。
另外，管道传输的数据是无格式的流且大小受限。

但是了解到这，我们不能忘了主题！！！进程间的通信！！！
所以我们这时要会质问：这两个描述符都是在一个进程里面，并没有起到进程间通信的作用，怎么样才能使得管道是跨过两个进程的呢？？？
我们可以使用fork创建子进程，woc创建的子进程会复制父进程的文件描述符，这样就做到了两个进程各有两个（fd[0]与fd[1]），两个进程就可以通过各自的fd写入和读取同一个管道文件！！！实现跨进程通信了。

但是，管道只能一端读取另一端写入，所以上面这种模式容易造成混乱，因为父进程和子进程都可以同时写入，也可以同时读取。那么为了避免这种情况，通常的做法是：

• 父进程关闭读取的fd[0],只保留写入的fd[1];
• 子进程关闭写入的fd[1],只保留读取的fd[0].
  
  所以说如果要双向通信，则应该创建两个管道。