操作系统:进程通信-进程之间的信息交换

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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。如下图所示,进程1可以访问进程1的地址空间,进程2可以访问进程2的地址空间,但进程1不可以访问进程2的地址空间。
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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(例如:在QQ里看到一张有趣的表情包想要分享给微信好友)。为了保证进程间的安全通信,操作系统提供了一些方法:

  1. 共享存储
  2. 消息传递
  3. 管道通信

一、共享存储

操作系统为两个进程提供一块共享空间。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同步互斥工具P、V操作实现)。如下图所示:
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分类:

  1. 基于数据结构的共享:比如共享空间里只能存放一个长度为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。
  2. 基于存储区的共享:在内存中画出一块共享存储区,数据的形式、存放位置都由进程控制,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。

二、管道通信

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管道是指用于连接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,缓冲区的大小一般和内存页面一致。
注:

  1. 管道只能采用半双工通信,某一时间段内只能实现单向传输。如果要实现双向同时通信,则需要设置两个管道。如图所示:
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  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()系统调用将会被阻塞,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()系统调用将会被阻塞。
  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。

三、消息传递

进程间的数据交换以格式化的消息为单位(如图所示,消息头包括:发送进程ID、接受进程ID、消息类型、消息长度等格式化的信息。(计算机网络中发送的报文其实就是一种格式化的消息))。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。
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分类:

  1. 直接通信方式
    消息直接挂到接受进程的消息缓冲队列
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  2. 间接通信方式
    消息要先发送到中间实体(信箱)中,因此,也称信箱通信方式。如计算机网络中的电子邮件系统。
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