2.6　进程通信

本节概览：先建立「进程通信」的框架，再依次展开下列小节。

1. 进程通信的类型
2. 消息传递通信的实现方式
3. 直接消息传递系统实例

进程间传送大量数据时，应利用 OS 提供的高级通信工具。

1. 高效地传送大量数据：用户可直接利用高级通信命令高效传送
2. 使用方便：OS 隐藏通信细节，提供一组通信原语，通信过程对用户透明

消息传递系统中，进程不再借助共享存储区或数据结构，而是以格式化的消息（message）为单位，把数据封装在消息中，通过 OS 提供的通信原语在进程间传递，完成数据交换。

它属于高级通信方式，按实现方式不同分为两类。

1. 直接通信方式
2. 间接通信方式

管道（pipe）是用于连接一个写进程和一个读进程以实现通信的共享文件，又称 pipe 文件。

写进程以字符流形式把大量数据送入管道，读进程从管道中读出数据，因此称为管道通信。为协调双方，管道机制必须提供三方面协调能力。

1. 互斥：一个进程对 pipe 读写时，其它进程必须等待
2. 同步：写满一定数量（如 4KB）后写进程睡眠，读走后再唤醒；读空 pipe 时也睡眠等待
3. 确定对方是否存在，只有对方存在才能进行通信

远程过程调用（RPC）的执行步骤分两段：客户端发起调用、服务器端执行并返回结果。

客户端先调用本地客户存根，存根打包消息后由本地客户进程发往远程服务器；服务器进程收到消息后转给对应服务器存根，由存根拆包并调用实际过程。

共享存储器系统中，相互通信的进程共享某些数据结构或共享存储区，借此进行通信。按共享对象的不同分为两类。

基于共享数据结构的通信方式较简单，传送数据量小；基于共享存储区的通信方式则在内存中划出一块共享区，进程以高速传送大量数据。

1. 基于共享数据结构的通信方式
2. 基于共享存储区的通信方式

客户机-服务器系统中常采用套接字（Socket）和远程过程调用（RPC）实现通信。

套接字基于本地文件系统支持时，通信双方通过对一个特殊文件的读写完成通信；基于网络型时则用于跨主机通信。RPC 是一个通信协议，允许一台主机上的进程调用另一台主机上的进程，对程序员表现为常规过程调用。

远程过程调用（RPC）的执行过程：客户端调用本地存根，存根将参数打包为消息发送给服务器；服务器存根解包并调用远程过程，完成后将结果打包返回。

1. 服务器端远程过程运行完毕后将结果返回给服务器存根
2. 服务器存根将结果打包为消息并转移控制权给远程服务器进程
3. 远程服务器进程将消息发送回客户端

消息传递系统中所传递的消息必须有一定格式。可采用变长消息格式，即进程发送消息的长度可变；变长消息在处理和存储上开销更大，但方便了用户。

除格式外，还要考虑进程同步方式和通信链路两类问题。发送或接收完成后，进程可继续运行也可阻塞，需由同步机制协调。

信箱是一种数据结构，逻辑上分为信箱头和信箱体两部分。

信箱头存放信箱的描述信息，如标识符、拥有者、口令、空格数等；信箱体由若干可存放消息的信箱格组成，格数与每格大小在创建时确定。系统为信箱通信提供创建、撤销、发送、接收等原语。

1. 信箱头：存放信箱标识符、拥有者、口令、空格数等描述信息
2. 信箱体：由若干信箱格组成，格数和每格大小在创建时确定

信箱通信原语：Send(mailbox,message) 发送消息到指定邮箱；Receive(mailbox,message) 从指定邮箱接收消息。

邮箱可由操作系统或用户进程创建，创建者即拥有者，据此分为私用邮箱、公用邮箱、共享邮箱三类。

系统为邮箱通信提供了若干条原语，用于邮箱的创建、撤销和收发消息。邮箱可由 OS 或用户进程创建，据此分为三类。

1. 邮箱的创建和撤销
2. 私用邮箱
3. 公用邮箱
4. 共享邮箱

系统为邮箱通信提供了若干条原语，分别用于。

邮箱可由操作系统创建，也可由用户进程创建，创建者是邮箱的拥有者。据此，可把邮箱分为以下三类。

1. 邮箱的创建和撤销
2. 私用邮箱
3. 公用邮箱
4. 共享邮箱

信箱通信原语

信箱的类型

消息的发送和接收。 Send(mailbox,message); 将一个消息发到指定邮箱 Receive(mailbox,message); 从指定邮箱中接收一个消息

消息缓冲队列通信方式中，主要的数据结构是消息缓冲区；进程的 PCB 中也要增加若干通信数据项，用于管理消息队列并实现同步。

PCB 中需设置消息队列队首指针，以及用于互斥的信号量 Mutex 和表示消息资源的信号量 sm，配合消息缓冲队列完成消息的发送与接收。

接收进程调用接收原语 receive(b)，从自己的消息缓冲队列 mq 中摘下第一个消息缓冲区 i。

随后将该缓冲区中的数据复制到以 b 为首址的指定消息接收区，完成一次消息接收。

接收进程调用接收原语 receive(b)，从自己的消息缓冲队列 mq 中摘下第一个消息缓冲区 i，将数据复制到以 b 为首址的接收区。