計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)（第二版）課件：進(jìn)程通信

進(jìn)程通信1.進(jìn)程通信類型共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)通信管道通信消息傳遞系統(tǒng)通信客戶-服務(wù)器系統(tǒng)通信2.消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制3.Linux進(jìn)程通信相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型1.分析說明共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)通信的基本概念及性能特點(diǎn)2.說明消息傳遞系統(tǒng)通信基本概念（1）直接通信概念及類型（2）間接通信概念3.說明管道通信概念（1）無名管道概念（2）有名管道概念4.客戶/服務(wù)器系統(tǒng)通信（自學(xué)）（1）socket概念及通信流程（2）遠(yuǎn)程過程調(diào)用概念及流程3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型1.共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)通信通過共享存儲(chǔ)分區(qū)實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間的信息交換通信過程：

（1）申請(qǐng)共享存儲(chǔ)分區(qū)；（2）將共享存儲(chǔ)分區(qū)映射到本進(jìn)程地址空間中；（3）進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫；（4）解除共享存儲(chǔ)分區(qū)映射；（5）刪除共享存儲(chǔ)分區(qū)：內(nèi)核共享存儲(chǔ)區(qū)共享存儲(chǔ)分區(qū)進(jìn)程1地址空間共享內(nèi)存映射區(qū)進(jìn)程2地址空間共享內(nèi)存映射區(qū)共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)通信方式的特點(diǎn)：

（1）最大的特點(diǎn)是沒有中間環(huán)節(jié)，通信直接快速（2）該通信機(jī)制沒有提供進(jìn)程同步機(jī)制。舉例：#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/msg.h>#include<sys/ipc.h>#include<unistd.h>#defineSHMKEY75intshmid,i;int*addr;voidCLIENT()發(fā)送進(jìn)程{inti;shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777);addr=shmat(shmid,0,0);for(i=9;i>=0;i--){ while(*addr!=-1);//是否已讀取 printf("(client)sent"); *addr=i; printf("%d\n",*addr); sleep(1);}}voidSERVER()接收進(jìn)程{shmid=shmget(SHMKEY,1024,0777|IPC_CREAT);addr=shmat(shmid,0,0);//附接到用戶的虛地址空間do{ *addr=-1; while(*addr==-1);//client是否已經(jīng)寫入 printf("(server)received%d\n",*addr); sleep(1);}while(*addr);

shmctl(shmid,IPC_RMID,0);}main(){intp1,p2;p1=fork();if(p1==0) SERVER();else{p2=fork(); if(p2==0)CLIENT();}wait(0);wait(0);}進(jìn)程間的數(shù)據(jù)交換是以消息（或報(bào)文）為單位。在消息通信中，接收方和發(fā)送方之間有明確的協(xié)議和消息格式。

消息格式：消息頭消息正文消息頭：存放消息傳輸時(shí)所需的控制信息。3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型2.消息傳遞系統(tǒng)通信你會(huì)在消息頭中設(shè)置哪些內(nèi)容？2.消息傳遞系統(tǒng)通信

消息傳遞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)類型：3.6.1進(jìn)程通信類型

直接通信：send(),receive()

直接通信同步關(guān)系阻塞發(fā)送，阻塞接收無阻塞發(fā)送，無阻塞接收無阻塞發(fā)送，阻塞接收2.消息傳遞系統(tǒng)通信

消息傳遞系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)類型

間接通信：

通信雙方利用一個(gè)共享的稱為信箱的中間實(shí)體實(shí)現(xiàn)信息交換。發(fā)送進(jìn)程A信箱頭

…信箱體接收進(jìn)程Bsend(m)receive(m)郵箱通信結(jié)構(gòu)信箱頭：信箱名、信箱大小、創(chuàng)建者、存取信件指針、信件數(shù)量等信箱體：存放消息信箱信箱創(chuàng)建者私用信箱：用戶進(jìn)程公用信箱：操作系統(tǒng)共享信箱：用戶進(jìn)程

管道通信概念：管道：用于連接一個(gè)發(fā)送進(jìn)程和一個(gè)接收進(jìn)程，以實(shí)現(xiàn)它們之間通信的共享文件（pipe文件，又稱為FIFO文件）FIFO文件的寫入和讀出：嚴(yán)格遵循先進(jìn)先出，不支持文件定位操作。進(jìn)程2讀出進(jìn)程1寫入3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型3.管道（pipe）通信fd[1]fd[0]（1）無名管道：intpipe(intfd[2])

fd[1]為寫入端，fd[0]為讀出端。用于父子或兄弟進(jìn)程間通信（2）有名管道：

intmkfifo(constchar*pathname,mode_tmode)用于任意進(jìn)程間通信（又稱FIFO通信）

兩種實(shí)現(xiàn)機(jī)制：寫端讀端fd[1]fd[0]write(fd[1],buf,size)read(fd[0],buf,size)pipe(fd)3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型3.管道（pipe）通信

管道通信應(yīng)注意的問題：寫端讀端fd[1]fd[0]write(fd[1],buf,size)read(fd[0],buf,size)pipe(fd)

對(duì)管道的讀寫操作必須互斥進(jìn)行

對(duì)管道的讀寫操作必須同步進(jìn)行通信雙方必須同時(shí)存在：有名管道管道常用于單向通信3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型3.管道（pipe）通信編寫一程序，建立一個(gè)管道。同時(shí)，父進(jìn)程生成了進(jìn)程P1和P2，這兩個(gè)子進(jìn)程分別向管道中寫入各自的字符串，父進(jìn)程讀出它們。fd[1]fd[0]pipe(fd)子進(jìn)程P1父進(jìn)程子進(jìn)程P2

無名管道應(yīng)用舉例：3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型3.管道（pipe）通信#include<stdio.h>#include<unistd.h>main(){

inti,r,p1,p2,fd[2];

charbuf[50],s[50];

pipe(fd); p1=fork();

if(p1==0)

{

lockf(fd[1],1,0);

sprintf(buf,“childprocess1issending\n”);

printf("childprocess1!\n");

write(fd[1],buf,50);

sleep(5);

lockf(fd[1],0,0);

exit(0);

}lockf:用于鎖定文件的某些段或整個(gè)文件頭文件：#include<unistd.h>參數(shù)定義：intlockf(files,function,size) intfiles，function：longsizefunction：1鎖定，0解鎖Size：0，表示從文件的當(dāng)前位置到文件尾

無名管道應(yīng)用舉例：3.管道（pipe）通信

else

{

p2=fork();

if(p2==0)

{

lockf(fd[1],1,0);

sprintf(buf,"childprocess2issending!\n");

printf("childprocess2!\n");

write(fd[1],buf,50);

sleep(5);

lockf(fd[1],0,0);

exit(0);

}

else

{

wait(0);

if(（r=read(fd[0],s,50)）==-1)

printf("can'treadpipe\n");

else

printf("%s\n",s);

wait(0);

if((r=read(fd[0],s,50))==-1)

printf("can'treadpipe\n");

else

printf("%s\n",s);

exit(0);

}}}/*

mainend*/

無名管道應(yīng)用舉例：客戶端提出請(qǐng)求，服務(wù)器提供服務(wù)3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型4.客戶-服務(wù)器系統(tǒng)通信（C/S模式）套接字（Socket）Socket又稱為套接字或插口，是一條通信線路兩頭端口的抽象表示。Socket網(wǎng)絡(luò)地址連接類型網(wǎng)絡(luò)規(guī)程有連接（TCP）無連接（UDP）通信流程客戶端提出請(qǐng)求，服務(wù)器提供服務(wù)3.6進(jìn)程通信3.6.1進(jìn)程通信類型4.客戶-服務(wù)器系統(tǒng)通信（C/S模式）遠(yuǎn)程過程調(diào)用（RPC）RPC允許客戶機(jī)上的進(jìn)程通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)用位于遠(yuǎn)程主機(jī)上的過程。按照系統(tǒng)規(guī)定的消息結(jié)構(gòu)將調(diào)用過程的標(biāo)識(shí)符及參數(shù)打包成消息3.6進(jìn)程通信1.分析消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制的基本思想2.說明消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

消息緩沖區(qū)

消息緩沖隊(duì)列3.分析發(fā)送原語實(shí)現(xiàn)過程4.分析接收原語實(shí)現(xiàn)過程3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制發(fā)送進(jìn)程發(fā)送區(qū)設(shè)置公用緩沖區(qū)復(fù)制消息接收隊(duì)列掛入取消息消息緩沖區(qū)復(fù)制接收進(jìn)程接收區(qū)3.6進(jìn)程通信3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制1.基本思想：消息緩沖區(qū)：

structmesg_buffer{intsender;char*text;intsize;timesend_time;structmesg_buffer*next;

……}buffer；2.相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：3.6進(jìn)程通信3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制消息緩沖隊(duì)列：空白消息緩沖區(qū)隊(duì)列；接收進(jìn)程的消息隊(duì)列；PCB中與通信有關(guān)的數(shù)據(jù)項(xiàng)：

structmessage_buf*mq:消息隊(duì)列隊(duì)首指針；semaphoremutex：消息隊(duì)列互斥信號(hào)量；semaphoresm：消息隊(duì)列同步信號(hào)量

Freebuff_mutex;Freebuff_sm2.相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：哪些進(jìn)程會(huì)使用這個(gè)隊(duì)列？哪些進(jìn)程會(huì)使用這個(gè)隊(duì)列？3.6進(jìn)程通信3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制3.發(fā)送原語：send()申請(qǐng)空白消息緩沖區(qū)；填寫該空白消息緩沖區(qū)；將該消息緩沖區(qū)掛到接收進(jìn)程的消息隊(duì)列上。發(fā)送原語需要完成哪些工作呢？3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制要成功申請(qǐng)到一個(gè)空白消息緩沖區(qū)，需要滿足幾個(gè)條件？3.發(fā)送原語：send()proceduresend(receiver,a)

{ getbuf(a.size,i); copy(i,a);receiver_pcb=getpcb(receiver);wait(receiver_pcb.mutex);insert(receiver_pcb.mq,i);signal(receiver_pcb.mutex);signal(receiver_pcb.sm)}

wait(freebuf_sm);wait(freebuf_mutex);getafreebufsignal(freebuf_mutex);3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制從接收隊(duì)列中取下一個(gè)消息緩沖區(qū)；將該消息緩沖區(qū)內(nèi)容復(fù)制到接收區(qū)中；將該消息緩沖區(qū)清空后掛到空白消息緩沖隊(duì)列上。4.接收原語：receive()接收原語需要完成哪些工作呢？要成功取得一個(gè)消息緩沖區(qū)，需要滿足幾個(gè)條件？3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制procedurereceive(b)

{

wait(receiver_pcb.sm) wait(receiver_pcb.mutex); remove(receiver_pcb.mq,j) signal(receiver_pcb.mutex); copy(b,j); releasebuf(j);

}wait(freebuf_mutex);putafreebufsignal(freebuf_mutex);signal(freebuf_sm);4.接收原語：receive()3.6.2消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制3.1進(jìn)程通信1.共享存儲(chǔ)器系統(tǒng)通信的基本概念及性能特點(diǎn)2.消息傳遞系統(tǒng)通信基本概念：直接通信、間接通信3.管道通信概念：無名管道、有名管道4.消息緩沖隊(duì)列通信機(jī)制的基本思想：（1）發(fā)送原語實(shí)現(xiàn)過程（2）接收原語實(shí)現(xiàn)過程本節(jié)知識(shí)小結(jié)哪個(gè)小組來總結(jié)下？3.6進(jìn)程通信省平臺(tái)課堂在線測(cè)試（6分鐘）3.6進(jìn)程通信3.6.3Linux/openEuler進(jìn)程通信系統(tǒng)調(diào)用管道通信機(jī)制IPC消息隊(duì)列通信機(jī)制共享內(nèi)存通信無名管道：1.Linux/openEuler管道通信機(jī)制

無名管道只能用于具有親緣關(guān)系的進(jìn)程之間的通信。

無名管道是半雙工的

無名管道沒有對(duì)應(yīng)的磁盤映像，只存在于內(nèi)存中基本概念：創(chuàng)建無名管道：pipe()intpipe(intfiledes[2])功能：在內(nèi)存緩沖區(qū)中創(chuàng)建一個(gè)管道，主要是建立相關(guān)VFS對(duì)象，并將讀寫該管道的一對(duì)文件描述符保存在filedes[2]中。3.6.3Linux/openEuler進(jìn)程通信系統(tǒng)調(diào)用

從管道中讀取數(shù)據(jù)：pipe_read()

阻塞型讀取數(shù)據(jù)：管道大小為p，請(qǐng)求讀取n管道大小至少有一個(gè)寫進(jìn)程沒有寫進(jìn)程有睡眠寫進(jìn)程無睡眠寫進(jìn)程p=0讀取n個(gè)字節(jié)并返回n，當(dāng)管道緩沖區(qū)為空時(shí)等待寫進(jìn)程寫數(shù)據(jù)等待寫進(jìn)程寫數(shù)據(jù)，然后再讀取數(shù)據(jù)返回00＜p＜n讀取P個(gè)字節(jié)并返回P；管道緩沖區(qū)中還剩0個(gè)字節(jié)p≥n讀取n個(gè)字節(jié)，返回n，管道緩沖區(qū)中還剩p－n個(gè)字節(jié)

非阻塞型讀取數(shù)據(jù)：管道大小為p，請(qǐng)求讀取nP＜n：讀取p字節(jié)并返回p；P≥n：讀取n字節(jié)并返回n1.Linux/openEuler管道通信機(jī)制無名管道：無名管道：向管道中寫入數(shù)據(jù)：pipe_write()緩沖區(qū)剩余空間至少有一個(gè)讀進(jìn)程沒有讀進(jìn)程阻塞寫非阻塞寫寫入失敗，內(nèi)核向?qū)戇M(jìn)程發(fā)送SIGPIPE信號(hào)，并返回-EPIPEu＜n≤4096等待，直到有n-u個(gè)字節(jié)被讀出為止，寫入n個(gè)字節(jié)并返回n返回－EAGAIN，提醒以后再寫n＞4096寫入n個(gè)字節(jié)（必要時(shí)要等待）并返回n如果u＞0，寫入u字節(jié)并返回u；否則就返回－EAGAINu≥n寫入n個(gè)字節(jié)并返回n管道中空閑空間u字節(jié)，請(qǐng)求寫入n字節(jié)1.Linux/openEuler管道通信機(jī)制有名管道創(chuàng)建有名管道：可用于任意進(jìn)程間的信息交換intmkfifo(constchar*pathname,mode_tmode)功能：在磁盤上創(chuàng)建一個(gè)有名管道文件打開有名管道：intopen(constchar*pathname,intflags)從有名管道中讀取數(shù)據(jù)：管道大小阻塞讀非阻塞讀p=0讀進(jìn)程阻塞，等待寫進(jìn)程寫入數(shù)據(jù)返回-1，當(dāng)前errno值為EAGAIN，提醒以后再試0＜p＜n讀取p個(gè)字節(jié)并返回pp≥n讀取n個(gè)字節(jié)并返回n1.Linux/openEuler管道通信機(jī)制有名管道向有名管道中寫入數(shù)據(jù)：緩沖區(qū)剩余空間阻塞寫非阻塞寫u＜n≤4096等待，直到有n-u個(gè)字節(jié)被讀出為止，寫入n個(gè)字節(jié)并返回n返回－EAGAIN，提醒以后再寫n＞4096

寫入n個(gè)字節(jié)（必要時(shí)要等待）

并返回n如果u＞0，寫入u字節(jié)并返回u；否則就返回－EAGAINu≥n寫入n個(gè)字節(jié)并返回n1.Linux/openEuler管道通信機(jī)制相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)2.Linux/openEuler的IPC消息隊(duì)列通信機(jī)制

消息緩沖區(qū)structmsgbuf：消息緩沖區(qū)設(shè)計(jì)舉例：structmsgbuf{ /*消息定義的參照格式*/longmtype;/*消息類型（大于0的長(zhǎng)整數(shù)）*/charmtext[1]; /*消息正文*/};structmy_msgbuf{longmtype;/*Messagetype*/longsender_id，receiver_id;charmytext[1024];/*text*/};相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

消息頭結(jié)構(gòu)：msg_msg和msg_msgseg結(jié)構(gòu)structmsg_msg{structlist_headm_list;/*指向消息隊(duì)列中的下一條消息*/longm_type;/*消息類型，同structmsgbuf中的mtype*/intm_ts;/*消息正文的大小*/structmsg_msgseg*next;/*消息的下一部分*/void*security;};/*該結(jié)構(gòu)后面緊接著存放消息正文*/structmsg_msgseg{structmsg_msgseg*next;};msg_msgText4072Bnext2.Linux/openEuler的IPC消息隊(duì)列通信機(jī)制相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：msg_msgText4072Bnextmsg_msgsegTextnextmsg_msgsegTextnext同一個(gè)消息放在3個(gè)消息緩沖區(qū)中

消息頭結(jié)構(gòu)：msg_msg和msg_msgseg結(jié)構(gòu)2.Linux/openEuler的IPC消息隊(duì)列通信機(jī)制相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

消息隊(duì)列結(jié)構(gòu)：msg_queuestructmsg_queue{ structkern_ipc_permq_perm;/*消息隊(duì)列的kern_ipc_perm*/ time_tq_stime; /*最近一次調(diào)用msgsnd()的時(shí)間*/ time_tq_rtime; /*最近一次調(diào)用msgrcv()的時(shí)間*/ time_tq_ctime; /*最近一次修改時(shí)間*/ unsignedlongq_cbytes; /*隊(duì)列中的總字節(jié)數(shù)*/ unsignedlongq_qnum; /*隊(duì)列中的消息個(gè)數(shù)*/ unsignedlongq_qbytes; /*隊(duì)列中最大消息的字節(jié)數(shù)*/ pid_tq_lspid; /*最近一次調(diào)用msgsnd()的PID*/ pid_tq_lrpid; /*最近一次調(diào)用msgrcv()的PID*/ structlist_headq_messages;/*隊(duì)列中的消息鏈表*/ structlist_headq_receivers;/*接收消息的進(jìn)程鏈表*/ structlist_headq_senders;/*發(fā)送消息的進(jìn)程鏈表*/};IPC消息隊(duì)列數(shù)最多為16個(gè)，每個(gè)消息大小最大為8192B，一個(gè)消息隊(duì)列中全部消息大小最大為16384B2.Linux/openEuler的IPC消息隊(duì)列通信機(jī)制相關(guān)系統(tǒng)調(diào)用intmsgget(key_tkey,intmsgflg)功能：新創(chuàng)建一個(gè)消息隊(duì)列并返回其標(biāo)識(shí)符，或者返回具有相同鍵值的已存在的消息隊(duì)列的標(biāo)識(shí)符intmsgsnd(intmsqid,structmsgbuf*msgp,size_tmsgsz,intmsgflg)功能：向標(biāo)識(shí)符為msqid的消息隊(duì)列中發(fā)送一個(gè)消息ssize_tmsgrcv(intmsqid,structmsgbuf*msgp,size_tmsgsz,longmsgtyp,intms