进程通信
进程间通信(补充材料)
• msgp //用来存放欲接收消息的用户数据结构的地址
• size //指示msgp中数据数组的大小
• type //为0接收该队列的第一个消息；为正，接收类型为 type的第一个消息；为负，接收小于或等于type绝对值 的最低类型的第一个消息
• flag //规定倘若该队列无消息，核心应当做什么事。若设 置 IPC_NOWAIT ， 则 立 即 返 回 ； 若 在 flag 中 设 置 MSG_NOERROR，且所接收的消息大学大于size，核心 截断所接收的消息。
1. Linux的共享存储区
• 创建或打开共享存储区(shmget)：依据用户给出的整数值key， 创建新区或打开现有区，返回一个共享存储区ID。
• 连接共享存储区(shmat)：连接共享存储区到本进程的地址空间， 可以指定虚拟地址或由系统分配，返回共享存储区首地址。父 进程已连接的共享存储区可被fork创建的子进程继承。
• 拆除共享存储区连接(shmdt)：拆除共享存储区与本进程地址空 间的连接。
• 共享存储区控制(shmctl)：对共享存储区进行控制。如：共享存 储区的删除需要显式调用shmctl(shmid, IPC_RMID, 0)；
• 头文件：sys/types.h, /sys/ipc.h, sys/shm.h
• flag // 本 身 由 操 作 允 许 权 和 控 制 命 令 值 相
“或”得到，如：IPC_CREAT|0400表示是否
该队列应被创建，IPC_EXCL|0400表示该队
列的创建应是互斥的。
• msgqid是该系统调用返回的描述符，失败则 返回－1
int msgsnd(int id, struct msgbuf *msgp,
c++进程间通信的原理
c++进程间通信的原理C++进程间通信是指不同进程之间进行数据交换和共享的过程。
在C++中，进程间通信可以通过多种方式实现，包括管道、共享内存、消息队列、套接字等。
每种方式都有其独特的原理和适用场景。
首先，让我们来谈谈管道。
管道是一种最基本的进程间通信方式，它允许一个进程将输出直接发送到另一个进程的输入。
在C++中，可以使用标准库中的`pipe`函数来创建匿名管道，或者使用`popen`函数来创建一个管道并执行另一个程序。
管道的原理是利用操作系统提供的内核缓冲区来传输数据，其中一个进程将数据写入管道，另一个进程则从管道中读取数据。
其次，共享内存是另一种常见的进程间通信方式。
它允许多个进程访问同一块内存区域，从而实现数据共享。
在C++中，可以使用`shmget`和`shmat`函数来创建和附加共享内存段。
共享内存的原理是通过操作系统管理的共享内存区域来实现数据的共享和传输，进程可以直接读写这块内存区域中的数据。
此外，消息队列也是一种常用的进程间通信方式。
它允许进程通过在队列中发送和接收消息来进行通信。
在C++中，可以使用`msgget`、`msgsnd`和`msgrcv`函数来创建消息队列并发送接收消息。
消息队列的原理是通过操作系统维护的消息队列来实现进程之间的异步通信，进程可以将消息发送到队列中，另一个进程则可以从队列中接收消息。
最后，套接字是一种用于网络通信的通用接口，也可以用于进程间通信。
在C++中，可以使用`socket`、`bind`、`listen`和`accept`等函数来创建套接字并进行通信。
套接字的原理是通过网络协议来实现进程间的通信，不仅可以在同一台机器上的进程间通信，还可以在不同机器上的进程间通信。
总的来说，C++进程间通信的原理涉及操作系统提供的各种机制，包括管道、共享内存、消息队列和套接字。
不同的通信方式有不同的适用场景和特点，开发者可以根据具体的需求选择合适的方式来实现进程间通信。
进程通信的几种方法
进程通信的几种方法进程通信是指在操作系统中，不同的进程之间进行数据交换和信息传递的过程。
在现代操作系统中，进程通信是非常重要的，因为多个进程之间的协作可以提高系统的性能和效率。
本文将介绍几种常见的进程通信方法。
1.管道通信管道通信是一种单向、半双工的通信方式，通过创建一个管道，将一个进程的输出连接到另一个进程的输入，从而实现数据的传输。
管道通信一般用于具有父子关系的进程之间或者具有共同祖先的进程之间。
2.消息队列通信消息队列通信是一种通过操作系统内核来传递消息的机制。
进程可以将消息发送到消息队列，其他进程则可以从消息队列中接收消息。
消息队列通信具有高效、可靠、灵活等特点，常用于进程之间传递数据量较大的情况。
3.共享内存通信共享内存通信是一种进程间共享内存区域的方式。
多个进程可以访问同一块内存区域，从而实现数据的共享。
共享内存通信的优点是速度快，因为进程之间不需要进行数据的复制，但是需要进程之间进行同步和互斥操作，以避免数据的冲突。
4.信号量通信信号量通信是一种通过操作系统提供的信号量机制来实现进程间同步和互斥的方式。
进程可以通过信号量来进行互斥操作，以确保共享资源的安全访问。
信号量通信常用于进程之间共享资源的管理和同步。
5.套接字通信套接字通信是一种通过网络进行进程通信的方式，常用于不同主机之间的进程通信。
套接字通信可以通过TCP或UDP协议来实现，具有跨平台、可靠性高等特点。
总结起来，进程通信是操作系统中非常重要的一部分，不同的进程之间可以通过各种方式进行数据的交换和信息的传递。
管道通信、消息队列通信、共享内存通信、信号量通信和套接字通信是常见的几种进程通信方法。
不同的通信方法适用于不同的场景，开发人员需要根据具体需求选择合适的通信方式。
进程通信的正确使用可以提高系统的性能和效率，确保系统的稳定运行。
进程通信课程设计
进程通信课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握进程通信的基本概念，了解进程与线程的区别及通信机制。
2. 学会使用至少一种进程通信方法，如管道、消息队列、共享内存、信号量等，并理解其工作原理。
3. 掌握进程同步与互斥的概念，了解常见同步互斥机制。
技能目标：1. 培养学生运用进程通信方法解决实际问题的能力，能编写简单的进程通信程序。
2. 提高学生分析进程通信场景，选择合适通信机制的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对计算机操作系统及进程通信的兴趣，激发学生主动探索精神。
2. 培养学生具备团队协作意识，能够与同学共同完成进程通信相关的项目任务。
3. 引导学生认识到进程通信在计算机系统中的重要性，增强学生的专业认同感。
课程性质分析：本课程为计算机科学与技术专业课程，旨在让学生深入了解操作系统中进程通信的相关知识。
学生特点分析：学生已具备一定的编程基础和操作系统知识，具有较强的学习能力和动手能力。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，通过实例分析，让学生更好地理解和掌握进程通信技术。
2. 鼓励学生参与课堂讨论，培养学生主动思考和解决问题的能力。
3. 强化实践环节，让学生在实际操作中掌握进程通信技术，提高编程技能。
二、教学内容1. 进程通信基本概念：进程与线程的对比，进程间通信的必要性及常见通信方式。
教材章节：第二章 进程管理，第三节 进程同步与通信2. 进程通信机制：管道、消息队列、共享内存、信号量、信号等。
教材章节：第二章 进程管理，第四节 进程通信机制3. 进程同步与互斥：互斥锁、条件变量、读写锁等同步互斥机制。
教材章节：第二章 进程管理，第五节 进程同步与互斥4. 进程通信实例分析：分析具体场景，选择合适的通信机制，进行实例讲解。
教材章节：第二章 进程管理，第六节 进程通信实例5. 实践环节：编写简单的进程通信程序，加深对进程通信机制的理解。
教材章节：实验教程，实验五 进程通信编程教学进度安排：1. 基本概念与通信机制（2课时）2. 同步互斥机制（2课时）3. 实例分析（2课时）4. 实践环节（4课时）教学内容确保科学性和系统性，结合教材章节，从理论到实践，使学生全面掌握进程通信的相关知识。
操作系统进程通信
进程通信-----消息传递通信的实现方式
通信链路：
第一种方式（主要用于计算机网络中）：由发送进程在通信 之前用显式的“建立连接”命令请求系统为之建立一条通 信链路，在链路使用完后拆除链路。
第二种方式（主要用于单机系统中）：发送进程无须明确提 出建立链路的请求，只须利用系统提供的发送命令（原 语），系统会自动地为之建立一条链路。
邮箱特点： （1）每一个邮箱有一个唯一的标识符； （2）消息在邮箱中可以安全保存，只允许核准的用户随时
读取； （3）利用邮箱可以实现实时通信，又可以实现非实时通信。
进程通信-----信箱通信
信箱结构：
信箱定义为一种数据结构，在逻辑上可以分为：
• 1，信箱头，用以存放有关信箱的描述信息，如信箱标识符，信箱的 拥有者，信箱口令，信箱的空格数等；
基于共享存储区的通信方式。在存储器中划出了一 块共享存储区，各进程可通过对共享存储区中的 数据的读和写来实现通信。适用于传输大量数据。
进程通信-----消息传递系统
消息传递机制 ： 进程间的数据交换以消息为单位，程序员利用系统的通信原语（要
进行消息传递时执行send；当接收者要接收消息时执行receive）实 现通信。这种通信方式属于高级通信 。
b 接 收 区
原语描述
二、实例—消息缓冲队列通信机制
1、通信描述
PCB(B)
进程 A
进程 B
send (B,a)
mq mutex
sm
receive(b)
Emphead
a 发 sender: A 送 size:5 区 text:Hello
sender : A size : 5
i Text:Hello next: 0
操作系统进程通信
P1：count=R1
结果：虽然P1和P2进程各自都执行了对count加1的操作 段，但结果count只增加1。
原因分析：变量count就是临界资源，P1、P2访问count 的两个程序段就是临界区。但是两个进程同时进入了临 界区执行了。
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用中断机制保证锁的安全性
用中断机制保证测试锁状态和关锁操作的原子性。
在测试锁状态前关闭中断； 如果测试不通过，开中断，然后重新测试。 如果测试通过，关锁，然后开中断，进入临界区。
优缺点：
中断关闭时间短，只两条指令。不会影响到中断处理 效率，也不会影响进程的并发特性。
不能用于多CPU系统。
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刚进入临界区： wanted_in[self] = TRUE CASE1: Wanted_in[other] == FALSE, observer == self CASE2: Wanted_in[other] == TRUE, observer == other， CASE3： Wanted_in[other] == FALSE，且 observer == other（实际上不可能出现）
不在临界区，也没参与竞争临界区：wanted_in[self] == FLASE;
参与竞争临界区，但还没有设置观察进程（刚执行完 wanted_in[self] = TRUE）：
刚设置了观察进程，但还没有执行测试进入： wanted_in[self] == TRUE
处于循环等待态： wanted_in[other] = TRUE 并且 observer == self
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2-4、锁机制的软件实现
背景：
硬件实现需要代价比较大 移植性差，依赖具体的硬件平台 在多处理环境下有些硬件实现方式不使用，如中
第3章 进程同步与通信2
进程写管道
进程向管道写数据时,可能有以下两种情况:
管道中有足够的空间存放要写的数据,此时每写 一数据块后核心便自动增加地址项的大小.写操 作完成后,核心修改索引节点中的写指针,并唤 醒所有因该管道空而睡眠等待的读进程. 管道中无足够的空间存放要写入的数据,此时核 心对该索引节点作标记后让写进程睡眠,等待数 据从管道中排出.上述情况的一个例外是,当进 程写的数据量大于管道的容量时,核心将尽可能 多的数据写到管道中,然后使进程睡眠,直到获 得更多的空间.
pipe文件的建立 文件的建立
pipe系统调用建立一个无名管道.其语法格式如下:
int pipe(fdes); int fdes[2];
核心创建一个管道时须完成下述工作:
分配磁盘和内存索引节点. 为读进程和写进程分配文件表项. 分配用户文件描述符.在读进程和写进程的用户文件描述 符表中,分别分配一个表项,并将文件描述符fdes[0]和 fdes[1]分别返回给读进程和写进程.
设置信号的处理方式
系统调用signal用于设置信号的处理方式.其 语法格式如下: void (* func)( ) signal(sig,func) 其中,func为收到软中断信号sig后进程希望 调用函数的地址. 19类信号如表所示.
func的取值情况
func的取值可以分成三种情况:
func=1时,进程对信号sig不予理睬. func=0时,即缺省处理,对大多数软中断信号的 缺省处理是终止进程. func为其他整数值时,它的值是指向信号处理程 序的指针.
管道通信示意图1
初始时,其长度为4,系统将管道看成一个循环 队列.按先进先出的方式读写.
A out B C D in
写入字符E后,管道长度为5
进程通信的实验报告
一、实验目的1. 理解进程通信的概念和作用。
2. 掌握进程通信的常用方法，包括管道、消息队列、信号量等。
3. 通过编程实践，加深对进程通信机制的理解和应用。
二、实验环境操作系统：Linux开发环境：gcc三、实验内容1. 管道通信2. 消息队列通信3. 信号量通信四、实验步骤及分析1. 管道通信（1）实验步骤1）创建一个父进程和一个子进程；2）在父进程中创建一个管道，并将管道的读端和写端分别赋给父进程和子进程；3）在父进程中，通过管道的写端发送数据给子进程；4）在子进程中，通过管道的读端接收父进程发送的数据；5）关闭管道的读端和写端；6）结束进程。
（2）实验分析通过管道通信，实现了父进程和子进程之间的数据传递。
管道是半双工通信，数据只能单向流动。
在本实验中，父进程向子进程发送数据，子进程接收数据。
2. 消息队列通信（1）实验步骤1）创建一个消息队列；2）在父进程中，向消息队列中发送消息；3）在子进程中，从消息队列中接收消息；4）删除消息队列；5）结束进程。
（2）实验分析消息队列是一种进程间通信机制，允许不同进程之间传递消息。
消息队列的创建、发送、接收和删除等操作都是通过系统调用实现的。
在本实验中，父进程向消息队列发送消息，子进程从消息队列接收消息，实现了进程间的消息传递。
3. 信号量通信（1）实验步骤1）创建一个信号量；2）在父进程中，对信号量执行P操作，请求资源；3）在子进程中，对信号量执行V操作，释放资源；4）结束进程。
（2）实验分析信号量是一种用于实现进程同步的机制。
在进程通信中，信号量可以用来协调多个进程对共享资源的访问。
在本实验中，父进程和子进程通过信号量实现了对共享资源的同步访问。
五、实验结果1. 管道通信实验结果：父进程成功向子进程发送数据，子进程成功接收数据。
2. 消息队列通信实验结果：父进程成功向消息队列发送消息，子进程成功从消息队列接收消息。
3. 信号量通信实验结果：父进程成功获取资源，子进程成功释放资源。
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进程通信
2.发送原语send（R,M） begin
在OS中分配M.size大小的缓冲区t; 将M中的内容复制到t; 得到进程R的PCB的指针q； wait(q.mutex);
将t挂到队列q.mq队尾； signal (q.mutex); signal（q.sm); end
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进程通信
采用了消息传递机制后，进程间用消息来交换信息。一个正在执行的进程可以 在任何时刻向另一个正在执行的进程发送一个消息；一个正在执行的进程也可 以在任何时刻向正在执行的另一个进程请求一个消息。如果一个进程在某一时 刻的执行依赖于另一进程的消息或等待其他进程对发出消息的回答，那么，消 息传递机制将紧密地与进程的阻塞和释放相联系。这样，消息传递就进一步扩 充了并发进程间对数据的共享，提供了进程同步的能力。
信号机制是一种简单的异步通信机制，当某个事件发生时，核心或发送进程发 送给进程的信号实际上就是事先定义好的代表该事件的一个整数，所以说，信 号是一个很短的信息。
信号不但能从内核发给一个进程，也能由一个进程发给另一个进程。
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进程通信
2.管道通信机制 管道(pipeline)是连接一个读进程和一个写进程以实现它们之间通信
3.接收原语Receive(N） begin
得到本进程PCB的指针q； wait(q.sm); wait(q.mutex); 从q.mq队首取下一个缓冲区t； siganl(q.mutex); 将t的内容复可以直接利用操作系统所提供的一组通信命令（如
send和receive），高效地传送大量数据的一种通信方式。它具有传输 效率高，用户使用方便等优点。
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进程通信
进程通信的方式 1.信号通信机制
在计算机软件中提到的信号不是一个抽象的概念，而是非常具体的一组事件。 核心用整数来标识这些事件。每个进程在执行时，都要通过信号机制来检查是 否有信号到达。若有信号到达，表示某进程已发生了某种异常事件，便立即中 断正在执行的进程，转向由该信号（某整数）所指示的处理程序，去完成对所 发生的事件（事先约定）的处理。处理完毕，再返回此前的断点处继续执行。 可见，信号机制是对硬件中断的一种模拟，因此又称软中断。
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进程通信
（2）数据结构 消息缓冲区：
type messageBuffer=record sender ; // 发送消息的进程名或标识符 size ; // 发送的消息长度 text ; // 发送的消息正文 next ; // 指向下一个消息缓冲区的指针
end
其它数据结构： mptr：消息队列队首指针 mutex：消息队列互斥信号量, 初值为1 sm：表示接收进程消息队列上消息的个数，初值为0，是控制收发
读写进程相互协调，必须做到： 进程对通信机构的使用应该互斥，一个进程正在使用某个管道写入或
读出数据时，另一个进程就必须等待。 发送者和接收者双方必须能够知道对方是否存在，如果对方已经不存
在，就没有必要再发送信息。
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进程通信
3.共享内存通信机制 为了在进程间传送大量数据，在存储器中划出一块共享存储区，诸进程
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进程通信
消息缓冲队列通信 1.消息缓冲队列通信机制 （1）原理 在操作系统空间设置一组缓冲区。 当发送进程需要发送消息时，执行send系统调用，产生访管中断，进入
操作系统。 操作系统为发送进程分配一个空缓冲区，并将所发送的消息从发送进程
copy到缓冲区中，然后将该载有消息的缓冲区连接到接收进程的消息链 链尾，如此就完成了发送过程。
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进程通信
消息传递系统 1.消息的概念
消息是一组信息，由消息头和消息体组成。消息传递机制至少需要提供两条原 语send 和receive，前者向一个给定的目标发送一个消息，后者则从一个给定 的源接受一条消息。如果没有消息可用，则接收者可能阻塞直到一条消息到达， 或者也可以立即返回，并带回一个错误码。
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进程通信
发送进程返回到用户态继续执行。 在以后某个时刻，当接收进程执行到receive接收原语时，也产生访
管中断进入操作系统。 由操作系统将载有消息的缓冲区从消息链中取出，并把消息内容
copy到接收进程空间，之后收回缓冲区，如此就完成了消息的接收， 接收进程返回到用户态继续进行。
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进程通信
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进程通信
2.消息传递的方式 (1) 直接通信
发送或接收消息的进程必须指出信件发给谁或从谁那里接收消息。 原语send（P，消息）：把一个消息发送给进程P 原语receive（Q，消息）：从进程Q接收一个消息 (2) 间接通信 进程间发送或接收消息通过信箱进行，消息可被理解成信件。 •原语send（A，信件）：把一封信件（消息）传送到信箱A •原语receive（A，信件）：从信箱A接收一封信件（消息）
的一个特殊共享文件，又称为pipe文件。它允许进程按先进先出方式 传送数据,也能使进程同步执行操作。
写进程
共享 文件
读进程
向管道提供数据输入的发送进程（即写进程），以字符流形式把大量 数据送入管道，而接收管道输出的接收进程（即读进程），则从管道 中接收（读取）数据。
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进程通信
管道的实质是一个共享文件，基本上可借助于文件系统的机制实现， 包括（管道）文件的创建、打开、关闭和读写。
信息，有些情况下进程间交换大批数据。 进程之间互相交换信息的工作称为进程通信IPC（InterProcess
Communication）。
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进程通信
进程通信机制
低级通信：只适于在进程间交换少量信息的通信方式/机制。 该通信
方式（如进程的同步和互斥工具）一般只传送一个和几个字节的信息， 可方便有效地用于控制进程的执行速度，但它要作为可传输大量信息 的通信工具则不够理想（效率低 通信对用户不透明）。
可通过对共享存储区中的数据地读或写来实现通信。
进程在通信前，先向系统申请获得共享存储区中 的一个分区，并指定该分区的关键字，若系统已 经给其它进程分配了这样的分区，则将该分区的 描述符返回给申请者。接着，申请者把获得的共 享存储分区连接到本进程上，此后，便可象读、 写普通存储器一样地读、写该公用存储区。
实现共享存储区通信的关键在于进程自己要负责 共享存储区的同步和互斥问题。
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进程通信
4.消息传递系统 在消息传递系统中，进程间的数据交换是以格式化的消息(message)为
单位的，程序员直接利用系统提供的一组通信命令（原语）进行通信。 操作系统隐藏了通信的实现细节，简化了通信程序编制的复杂性。 消息通信机制有以下两种实现方式： （1）直接通信方式。发送进程直接把消息发送给接收者，并将它挂在接收 进程的消息缓冲队列上。接收进程从消息缓冲队列中取得消息，这种通 信方式也称为消息缓冲通信。 （2）间接通信。发送进程将消息发送到某种中间实体中（信箱），接收进 程从中取得消息。这种通信方式也称信箱通信。在网络中称为电子邮件 系统。
进程通信
进程通信
并发进程之间的交互必须满足两个基本要求：同步和通信。 进程竞争资源时要实施互斥，互斥是一种特殊的同步，实质上需要解
决好进程同步问题。 进程同步是一种进程通信，通过修改信号量，进程之间可建立起联系，
相互协调运行和协同工作。 进程协同工作时，需要互相交换信息，有些情况下进程间交换的少量