三、进程的同步与通信

前言

• 在UNIX系统的早期版本中&＃xff0c;已为进程的同步与进程通信提供了sleep和wakeup同步机制、管道&＃xff08;pipes&＃xff09;机制和信号&＃xff08;signal&＃xff09;机制。
• 而在UNIX系统V中又增加了一个用于进程通信的软件包IPC。它包括消息机制、共享内存机制及信号量机制。

一、sleep与wakeup同步机制

1. sleep过程

• 进入sleep过程后&＃xff0c;核心首先保存进入睡眠时的处理机运行级&＃xff0c;再提高处理机的运行优先级&＃xff0c;来屏蔽所有的中断&＃xff0c;接着将该进程置为“睡眠”状态&＃xff0c;将睡眠地址保存在proc中&＃xff0c;并将该进程放入睡眠队列中。当被唤醒时&＃xff0c;再恢复为原来值。
• 若进程的睡眠可被中断且未收到信号&＃xff0c;则在切换上下文后进入睡眠状态。当被唤醒时&＃xff0c;还应检查是否有待处理信号&＃xff0c;若无&＃xff0c;则恢复原运行级。
• 若进入睡眠前检测到有软中断信号&＃xff0c;进程是否进入睡眠将取决于进程的运行级别。若不可中断则进入&＃xff0c;否则不能进入&＃xff0c;而是响应中断。
  2. wakeup过程
  wakeup唤醒在指定事件队列上睡眠的所有进程&＃xff0c;并将它们放入可被调度的进程队列中。如果进程尚未被装入内存&＃xff0c;应唤醒对换进程&＃xff1b;如果被唤醒进程的优先级高于当前进程的优先级&＃xff0c;则重置调度标志。最后&＃xff0c;在恢复处理机的运行级、允许中断后返回。

二、信号&＃xff08;signal&＃xff09;机制

1. 信号机制的基本概念

• 信号机制主要是作为在同一用户的诸进程之间通信的简单工具。信号本身是一个1~32中的某个整数&＃xff0c;用来代表某一种事先约定好的简单消息。信号机制是对硬中断的一种模拟。
• 每个信号还都有一个名字&＃xff0c;具体使用时最好使用名字&＃xff0c;以保证可移植性。
  2.对信号的处理
• 当一个进程要进入或退出一个低优先级睡眠状态时&＃xff0c;或一个进程即将从核心态返回到用户态时&＃xff0c;核心都要检查该进程是否已收到信号。
• 当进程处于核心态时&＃xff0c;即使收到信号也不予理睬&＃xff1b;仅当进程返回到用户态时&＃xff0c;才处理信号。

三、管道机制

• 所谓管道&＃xff0c;是指能够连接一个写进程和一个读进程、并允许它们从生产者—消费者方式进行通信的一个共享文件&＃xff0c;又称为pipe文件。由写进程从管道的入端将数据写入管道&＃xff0c;而读进程则从管道的出端读出数据。
  1&＃xff09;无名管道&＃xff08;Unnamed Pipes&＃xff09;
  2&＃xff09;有名管道&＃xff08;Named Pipes&＃xff09;

• 在早期的UNIX版本中&＃xff0c;只提供有无名管道

四、消息机制

1. 消息和消息队列
1&＃xff09; 消息&＃xff08;message&＃xff09;
消息是一个格式化的、可变长度的信息单元。消息机制允许进程发送一个消息给任何其它进程。由于消息的长度是可变的&＃xff0c;因而为便于管理而把消息分为消息首部&＃xff08;头&＃xff09;和消息数据区&＃xff08;体&＃xff09;两部分。在消息头中&＃xff0c;记录了消息的类型和大小、指向消息数据区的指针、消息队列的链接指针等。
消息机制中的数据结构

图中示出了消息队列i中的三个消息头msgh0、msgh3和msgh2。它们分别利用一个指向缓冲区&＃xff08;数据区&＃xff09;的指针&＃xff0c;指出消息的位置。
2&＃xff09; 消息队列

• 当一个进程收到由其它多个进程发来的消息时&＃xff0c;可将这些消息排成一个消息队列&＃xff0c;每个消息队列有一个称为关键字的key&＃xff0c;它是由用户指定的。
• 每个消息队列还有一个消息队列描述符&＃xff0c;其作用与文件描述符一样&＃xff0c;以方便用户和系统对消息队列的访问。
• 在一个系统中可能有若干个消息队列&＃xff0c; 由所有的消息队列的头标组成一个头标数组。

五、共享存储区机制

1.共享存储区的概念

• 共享存储区&＃xff08;Shared Memory&＃xff09;机制就是在内存中开辟一块区域供进程间共享和使用权。
• 该机制一方面可使若干进程共享主存中的某个区域&＃xff0c;且使该区域出现在多个进程的虚拟地址空某间中。另一方面&＃xff0c;在一个进程的虚地址空间中又可连接多个共享存储区&＃xff0c;每个共享存储区都有自己的名字。
• 当进程间欲利用共享存储区进行通信时&＃xff0c;须首先在主存中建立一个共享存储区&＃xff0c;然后将该区附接到自己的虚地址空间上。之后&＃xff0c;进程之间便可通过对共享存储区中数据的读和写来实现直接通信。