OS之《进程管理》

进程同步

同步实际上是指：将多个进程，按照顺序，有序执行。

让进程有序进行的场景有很多。比如：一个进程依赖另外一个进程的计算结果；一个进程等待另外一个对临界资源的访问；还有像生产者消费者模型中的相互配合等等。

进程同步应该遵循以下原则

1.空闲让进：有效利用临界资源

2.忙着等待：保持对临界资源的互斥访问

3.有限等待：不能死等

4.让权等待：当持有一个资源去等待另外一个资源的时候，等了一段时间后，就应该释放资源，避免忙等

利用硬件资源实现同步

1.关中断：不适用多核cpu;关中断时间长，会影响效率；

2.Test And Set 指令：会导致CPU空转，一直处于忙碌状态

3.SWAP指令：还是导致CPU空转，一直处于忙碌状态

软件实现同步

1.整型信号量：用一个整数表示资源的数目；当可用资源小于0时，就不断的重试，直到其他进程释放占用的资源；会引起忙等现象

2.记录型信号量：当进程发现没有可用资源时，会进入等待队列，解决了忙等问题。所有的登录对应用一个链表进行连接。

3.AND型信号量：解决一个进程要获取多个不同类型的资源。

4.信号量集：解决一个进程要获取多个不同类型的资源，同时每次获取不止一个资源的问题。

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如果设置型号量大小为1，则可以实现互斥访问。

管程机制：手动实现PV操作进行控制是非常麻烦，繁琐的。这里引入管程是将PV操作分装在一个数据结构中，提供对外的一个接口即可。例如java里面的synchronized 关键字控制进程同步问题。***

进程同步经典模型

1.生产者消费者模型

2.吸烟者模型（1：N）

3.读写模型

4.哲学家就餐问题

5.水果模型（N:N）

进程通信

就是进程之间的信息交换。

进程互斥和同步，在使用的信号量也属于进程之间的通信的。但，这种属于低级的方式。有以下两点：

1.效率低：不论是哪种信号量，缓存区每次只能是一个或者几个消息。

2.通信对用户不透明：信号量的设置、PV操作都要程序员手动去操作的。

存在的问题：当进程之间的通信需要大量的数据交换时，这种低效的方式显然不行。

解决思路：

应该使用OS自带的高级的通信工具，有以下特点：

1.使用方便。不用关心的实现细节，直接使用原语操作命名就行。

2.高效的完成大数据量的传输。

高级的通信机制归类有以下四种类型：

1.共享存储器

2.管道通信机制

3.消息传递机制

4.客户端-服务器机制

共享存储器系统，也分为两种：

1.基于数据结构的通信方式：公用一个数据结构，实现信息交换。这种传输的数据量太小

2.基于共享存储区方式：这种是在内存中申请一块空间作为共享数据区域，对该区域的读写操作，都是有进程自己来完成的。所以，进程要对该内存区域手动控制，而不是OS来完成的。

管道通信机制：

管道实际上是一个共享文件。用于连接一个读进程和一个写进程。保证管道能正确使用，需要具备一下特点：

1.互斥：一个写，一个读，不能同时使用。一个写的时候，另外一个就不能读。要想实现全双工，就要搞两个管道。

2.同步：一个写完了，要通知到读。读完了要通知到写。比如我们指定缓冲区大小为4K。每次传输数据大小就为4k

3.确保对方进程是否存在：只有对方的进程存在了，才能进行通信

消息传递机制：

将要发送的消息封装成指定数据格式，然后调用OS的操作原语命令，直接讲消息投递给对方进程即可。这种方式隐藏了中间的细节，他是怎么实现的我们不用关心。完全做到了对用户透明，这不就是我们程序员想要的方式嘛。主要它还支持多处处理机。这种方式也很符合网络中消息传递的方式。

具体实现方式也有两种：

1.直接传递方式：用OS操作原语直接将A进程的消息发送给B进程。没有中间缓存区。

2.简介传递方式：是指收发进程共享一个中间实体，类是一个邮箱的概念。实际上就是一个缓冲区。

有缓冲和没有缓冲的优缺点也是很明显的。没有缓冲的效率低，容错率低，信息交换的慢。有缓冲的效率高，在实现上麻烦些。

客户端-服务器机制

前面三种都是在同一台机器上的进程之间的通信，但是这种能实现跨计算机不同进程之间的信息交换。

最早socket也是解决进程之间的网状的通信问题。ABC三个进程他们之间可能都存在信息交换。

一个socket的数据结构包含通信的目的地址，端口，使用的协议，自己所在网络ID和进程端口等。

socket包含两种类型的：

1.基于文件类型：原理类似管道

2.基于网络类型：客户端发出连接请求时，会自动创建一个socket ,并给该进程分配一个端口号，并与该socket绑定，这样就完成了客户端的socket创建。接受进程拥有全局公认的套接字和指定的端口，通过监听端口，等待客户端连接。

RPC调用：

PRC是一种通信协议。这种协议实现了本地能无感知的调用远程的机器进程的执行方法。实现方式由一对进程对应的守护进程（stubborn）。结合java里面的RPC就是远端接口的一个代理实现类。