进程通信 - 图1

进程通信的定义

进程通信就是进程之间的信息交换。

进程是分配系统资源的单位(包括内存地址空间),因此 各进程 拥有的 内存地址空间相互独立。

举例:进程 1 能访问进程 1 地址空间,进程 2 能访问进程 2 的地址空间,但是进程 1 不能访问进程 2 的地址空间。

为了保证安全,一个进程不能直接访问另一个进程的地址空间。但是进程之间的信息交换又是必须实现的。为了保证进程间的通信安全,操作系统提供了一些方法。

  • 共享存储
  • 消息传递
  • 管道通信

共享存储

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两个进程对共享空间的 访问 必须是 互斥 的(互斥访问通过操作系统提供的工具实现)

基于数据结构的共享:比如共享空间里只能放一个长度为 10 的数组。这种共享方式速度慢、限制多,是一种低级通信方式。

基于存储区的共享:在内存中划出一块共享存储区,数据的形式、存放位置都是由进程控制,而不是操作系统。相比之下,这种共享方式速度更快,是一种高级通信方式。

管道通信

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指用于连续读写进程的一个共享文件,又名 pipe 文件。其实就是在内存中开辟一个大小固定的 缓冲区

  1. 管道只能采用 半双工通信,某一时刻内只能实现单向的传输。如果要实现双向同时通信,则需要设置两个管道
  2. 各进程要 互斥 地访问管道
  3. 数据以字符流的形式写入管道,当 管道写满 时,写进程 的 write() 系统调用将被 阻塞,等待读进程将数据取走。当读进程将数据全部取走后,管道变空,此时 读进程 的 read() 系统调用将被 阻塞
  4. 如果没写满,就不允许读;如果没读空,就不允许写
  5. 数据一旦被读出,就从管道中被抛弃,这就意味着读进程最多只能有一个,否则可能会有读错数据的情况

消息传递

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进程间的数据交换以格式化的消息(Message)为单位。进程通过操作系统提供的“发送消息/接收消息”两个原语进行数据交换。

消息包括消息头消息体,其中消息头包括:发送进程 ID、接收进程 ID、消息类型、消息长度等格式化信息。

消息传递的两种方式:

  • 直接通信方式:消息直接挂到接收进程的消息缓冲队列
  • 间接通信方式:消息先发送到中间实体(信箱)中,因此也称“信箱通信方式”。e.g. 计网中的电子邮件系统