【正文】 } } CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 91 2 . 8 管程機制 ?管程的基本概念 ?管程的定義：一個管程定義了一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和能為迸發(fā)進程所執(zhí)行 (在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上 )的一組操作 ,這組操作能同步進程和改變管程中的數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)及操作對進程是透明的，局部于管程的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)只能被該管程的過程訪問。 ?管程組成： 局部共享變量說明， 內(nèi)部對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的操作， 局部數(shù)據(jù)的置初值。 任何進程訪問共享資源，只能通過調(diào)用管程中的過程（管程名 .過程名） ,而管程每次只允許一個進程進入管程，從而實現(xiàn)進程互斥 ?條件變量： CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 92 ?管程的語法說明：一個進程訪問臨界資源 TYPE SSU=Monitor Var busy:boolean。 nobusy: condition。 define require,return Procedure require Begin if busy then nobusy .wait busy:=true End。 Procedure return Begin busy:=false。 nobusy .signal。 End //initialization code Begin busy:=false。 End CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 93 2 . 8 管程機制 ? 條件變量： 利用管程實現(xiàn)同步時，必須設(shè)置同步原語操作（ wait和 signal），由管程調(diào)用實現(xiàn)阻塞和喚醒。為了區(qū)別阻塞的原因，引入條件變量（在管程中說明），由條件變量來調(diào)用 Wait、 Signal原語操作。 ? condition VAR x,y :condition …… 。 在管程中， ，但如果阻塞隊列沒有進程時， 。如果進程 Q處于阻塞隊列的首部，當前進程 P執(zhí)行了 ， 管程的處理方式 P等待，直至 Q離開管程或等待另一條件； Q等待，直至 P離開管程或等待另一條件； CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 94 2 . 8 管程機制 ?用管程解決生產(chǎn)者 消費者問題 Type PC=monitor Var in,out,count:integer。 Buffer:array[0,…,n 1] of item。 Full, Empty:condition。 Procedure Entry put(item) begin if count=n then 。 Buffer(in):=nextp。 in:=(in+1) mod n。 count:=count+1。 If then end Procedure Entry get(item) begin if count=0 then 。 nextc:=buffer(out)。 out:=(out+1) mod n。 count:=count1。 if then end Begin in:=0。 out:=0。count:=0 。 end CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 95 Producer: Begin repeat produce an item in nextp。 (item)。 until false。 end Consumer: Begin repeat (item)。 consume the item in nextc。 until false。 end 2 . 8 管程機制 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 96 進程通信 進程之間的信息交換稱為進程通信。 低級通信：（信息量少）同步與互斥的進程間通過修改信號量 , 其缺點 :效率低， 不透明。 高級通信： （大量數(shù)據(jù)） 通過操作系統(tǒng)提供的一組通信命令，高效地傳送大量數(shù)據(jù)，通信過程對用戶透明。優(yōu)點： 數(shù)據(jù)量大， 減少通信程序編制上的復(fù)雜性。 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 97 進程通信 ? 進程通訊類型 ?共享存儲系統(tǒng)、消息傳遞系統(tǒng)、管道通信系統(tǒng) ? 共享存儲系統(tǒng)（ SharedMemory System）：由通信進程共享某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)或共享存儲區(qū)。 ?基于共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的通信方式：公用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)置及對進程間同步的處理，都必須由程序員管理，操作系統(tǒng)只提供共享存儲器，因此效率低，只適用少量數(shù)據(jù)傳遞。 ?基于共享存儲區(qū)的通信方式：進程在通信前，先向系統(tǒng)申請共享存儲區(qū)（系統(tǒng)劃分）中的一個分區(qū)，并指定關(guān)鍵字（若該分區(qū)已為其它進程擁有，則向申請者返回描述符），由申請者把獲得的共享存儲分區(qū)連接到自己進程。適用于大量數(shù)據(jù)傳遞。 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 98 ?管道通信 管道 （ pipe） 指用于連接一個讀進程和一個寫進程 ， 以實現(xiàn)它們之間通信的共享文件 。 例： UNIX的管道 管道按 FIFO方式單向傳送消息 。 Pipe文件 寫端 fd[1] 讀端 fd[0] 進程通信 管道機制必須具備 : （ 1）互斥、（ 2）同步、（ 3）確定對方存在。 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 99 ?OS發(fā)送命令（直接通信方式） 發(fā)送進程直接利用 OS所提供的命令，把消息發(fā)送給目標進程。要求發(fā)送進程和接收進程必須以顯示方式提供對方的標識符。 OS通常提供以下兩類通信原語： Send(ReceiverID,message)。 Receive(SenderID,message)。 消息傳遞通信的實現(xiàn)方法 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 100 ?信箱（間接通信方式） 間接通信方式：進程之間的通信需要通過作為共享數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實體作為暫存發(fā)送進程發(fā)送給目標進程的消息。 當兩個進程間需要通信時 ， 由發(fā)送進程創(chuàng)建一個與接收進程相連的信箱 。 發(fā)送進程把消息送到信箱 ， 接收進程從信箱中取走消息 。 信箱頭：名稱 ， 大小 ， 方向 ， 進程名等； 信箱體：由若干格子組成 ， 每一格存放一條消息 。 雙向信箱 信箱溢出 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 101 ? 信箱創(chuàng)建與撤消 :系統(tǒng)提供相關(guān)原語 ,用于信箱的創(chuàng)建、撤消和消息的發(fā)送、接收。 ? 消息的發(fā)送和接收：必須使用共享信箱，利用通信原語進行通信。 ? Send(mailbox, message)。 ? Receive(mailbox,message)。 ? 信箱類型 ?私用信箱：用戶創(chuàng)建 ,擁有者可讀，其他人只可發(fā)。 ?公用信箱：采用輸入 /輸出雙向通信鏈路，由 OS創(chuàng)建。被核準進程可發(fā)、可收。 ?共享信箱：由進程創(chuàng)建并指明共享進程名。 ?發(fā)送進程和接受進程的對應(yīng)關(guān)系：一對一、一對多、多對一、多對多。 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 102 ?通信鏈路：在發(fā)送進程和接受進程之間必須建立一條通信鏈路。 ?一種是顯示的由 “ 建立連接 ” 命令（原語）請求系統(tǒng)為之創(chuàng)建，使用完后，也用顯示方式拆除。另一種是利用系統(tǒng)提供的發(fā)送命令（原語），系統(tǒng)自動建立和拆除。 ?通信鏈路（ munication link） ?顯式和隱式鏈路 ?點 點連接通信鏈路、多點連接鏈路 ?單向和雙向通信鏈路 ?無容量和有容量通信鏈路 ?消息傳遞系統(tǒng)中的若干問題 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 103 ?消息的格式：在消息傳遞系統(tǒng)中，必須具有一定的消息格式。通?？砂岩粋€消息分為消息頭和消息正文兩部份。消息頭主要包括消息在傳輸時所需的控制信息，消息正文則是實際發(fā)送數(shù)據(jù)。消息的格式有定長（短消息）和變長（長消息）兩種。 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 104 ?消息的格式 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 105 ?進程同步方式 ?發(fā)送進程阻塞、接收進程阻塞。發(fā)送進程與接收進程之間無緩沖，兩進程平時都處于阻塞。 ?發(fā)送進程不阻塞、接收進程阻塞。發(fā)送進程不阻塞，接收進程平時處于阻塞，由發(fā)送進程喚醒。 ?發(fā)送進程、接收進程均不阻塞。 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 106 ?消息緩沖隊列通信機制 ?通信原語 Send ( Receiver , message ) 。 Receive ( Sender , message ) 。 ?消息緩沖區(qū) Type message buffer = record Sender； Size ； Text ； Next ； end CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 107 ?PCB中有關(guān)通信的數(shù)據(jù)項 Type ProcessControl block = record … mq ；消息隊列首指針 mutex ；消息隊列互斥信號量 sm ；消息隊列資源信號量 … end CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 108 消息緩沖通信模型 send(B,a) sender:A size:5 text:Hello 進程 A receive(b) sender:A size:5 text:Hello 進程 B mq mutex sm sender:A size:5 text:Hello next :0 PCB(B) 第一消息緩沖區(qū) 發(fā)送區(qū) a 接收區(qū) b 進程receive(b) sender:Atext:Hello 進程通信 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操作系統(tǒng)|進程管理 109 ?發(fā)送原語 procedure send ( receiver , a ) begin getbuf ( a , size , i ) 。 := 。 := 。 := 。 := 0 。 getid ( PCB set , receiver , j ) 。 wait ( )。 insert ( , i ) 。 signal ( ) 。 signal ( ) 。 end 根據(jù) 緩沖區(qū) 將發(fā)送區(qū) a中的信息復(fù) 制到消息緩沖區(qū) i中。 獲得接收進程的 內(nèi)部標識 j 將消息緩沖區(qū)插入消息隊列 CUIT 葉斌 2022/2/5 20:24 操