进程于线程-3

进程通信

1. 进程通信的定义与分类

        进程通信：进程间的信息交换，分为 低级通信（如PV操作，传递少量控制信息）和 高级通信（高效传输大量数据）。
        高级通信三大类：共享存储、消息传递、管道通信（信号为特殊机制）。

2. 共享存储（Shared Memory）

核心思想：进程间通过 共享内存区域 直接读写数据（需同步互斥控制）。

• 分类：
  ✅ 基于数据结构的共享（低级）：共享指定数据结构（如数组），灵活性低。
  ✅ 基于存储区的共享（高级）：OS分配共享内存块，进程通过系统调用映射到各自地址空间，用户自行读写数据。
• 特点：
  • 最快的通信方式（直接内存访问，无内核中转）。
  • 需PV操作保证互斥（如防止同时写共享区）。
• 类比：甲、乙共享一个“布袋”，甲放入物品，乙取出（需约定谁先谁后）。

3. 消息传递（Message Passing）

        核心思想：进程通过OS提供的 “发送/接收原语” 传递格式化消息（消息头+数据），隐藏通信细节。

分类：

（1）直接通信 📨：

• 发送进程直接将消息挂到接收进程的 消息缓冲队列。
• 原语：send(P, msg)（发送给进程P）、receive(Q, msg)（接收来自进程Q的消息）

（2）间接通信 📬：

• 消息通过 中间实体（信箱） 转发，接收进程从信箱取消息。
• 适用于网络通信（如电子邮件：发件人→邮箱服务器→收件人）。

特点：

• 灵活，支持多对多通信，无需共享内存。
• 微内核OS的核心通信方式（如微内核与服务器进程通信）。

4. 管道通信（Pipe）

核心思想：通过 特殊共享文件（pipe文件） 实现通信，数据 先进先出（FIFO），按“生产者-消费者”模型工作。

• 机制要求：

1. 互斥 🔒：同一时间仅一个进程读写管道。
2. 同步 ⏳：
   1. 管道满时，写进程阻塞，直到读进程取走数据。
   2. 管道空时，读进程阻塞，直到写进程写入数据。
3. 确定对方存在 🤝：通信双方必须都存在。

• Linux中的管道特性：
  • 固定大小缓冲区（4KB），不可无限增长。
  • 数据读取后立即释放空间（一次性操作）。
  • 单向通信：若需双向通信，需创建两个管道。
  • 子进程继承父进程的管道，常用于父子进程通信。

5. 信号（Signal）

核心思想：通过 预定义信号 通知进程发生特定事件（如异常、外部请求），是一种 异步通信机制。

信号处理流程：

1. 信号发送：
   1. 内核发送（如非法指令→SIGILL信号）。
   2. 进程发送（通过kill函数指定目标PID和信号序号）。
2. 信号记录：PCB中用 位向量 记录待处理信号（1表示有信号，0表示已处理）。
3. 信号处理：
   1. 默认处理：OS预设动作（如SIGKILL终止进程）。
   2. 自定义处理：进程注册信号处理函数（覆盖默认行为）。

• 特点：
  • 传递简单控制信息（非大量数据），如终止、暂停进程。
  • 信号处理在 用户态 执行，处理后返回原进程继续运行。

四大通信方式对比表

考试重点

1. 共享存储的同步互斥：必须配合PV操作防止冲突（如写时加锁）。
2. 消息传递的直接/间接通信：直接通信需指定目标进程，间接通信通过信箱中转。
3. 管道通信的特性：单向、FIFO、固定缓冲区、需双方存在。
4. 信号的异步性：信号处理打断进程正常执行，处理后返回原断点。

✨ 一句话总结：进程通信通过共享内存（最快）、消息传递（灵活）、管道（流式）、信号（事件通知）实现，核心是平衡效率、易用性与同步需求！ ✨