嵌入式操作系统_第2章 进程管理4

两个进程进行通信的过程
进程A
send（B，a）; ┇
a sender：A size：6 text：Hello！
PCB（B） ┇ mq mutex sm
第一个消息缓冲区 sender：A size：6 text:Hello！ next：0
进程B receive（b）
┇ b
sender：A
size：6
2.5 进程通信
定义：进程通信是指进程之间的信息交换。 进程互斥与同步交换的信息量较少且效率
较低，因此称这两种进程通信方式为低级 进程通信方式，相应地也将P、V原语称为 两条低级进程通信原语。 高级进程通信方式是指进程之间以较高的 效率传送大量数据。
进程通信的类型
高级进程通信方式可分为三大类：
第二章 进程管理总结
信号量机制 记录型信号量： struct semaphore{ int value; list of process L; } struct semaphore S;
第二章 进程管理总结
wait和signal操作描述：
void wait(S){ S.value=S.value-1; if (S.value<0) block(S.L);
2.6 线程(引入进程的目的)
引入进程的目的是：为了使程序并发执行， 提高资源的利用率和系统吞吐量。
2.6 线程(引入线程的目的)
但是，进程创建、撤销和切换所付出的时 空开销太大，为了减少程序在并发执行时 所付出的时空开销，引入了线程的概念。
引入线程的目的是：为了减少程序在并发 执行时所付出的时空开销。
无名管道
无名管道是用系统调用pipe（）建立的 无名文件，用该系统调用所返回的文件 描述符来标识该文件。
只有调用pipe的进程及其子孙进程才能 利用该管道文件进行通信。
有名管道
有名管道是利用mknod系统调用建立的，是 可以在文件系统中长期存在的具有路径名的 文件，
其他进程可以知道有名管道的存在并能利用 路径名来访问该文件。
间接通信方式：发送进程将消息发送到信箱， 接收进程从信箱中取消息。
3.管道通信1/2
定义：所谓“管道”，是指用于连接一个读 进程和一个写进程以实现他们之间通信的一 个共享文件，又名pipe文件
共享文件（管道）通过连接读进程和写进程 的共享文件来实现读写进程之间通信。
3.管道通信2/2
2.消息传递系统1/2
在消息传递系统中，进程间的数据交换以 消息为单位，程序员直接利用系统提供的 一组通信命令（原语）来实现通信。
2.消息传递系统2/2
消息传递系将消息发送到接收进 程，并将其挂在接收进程的消息队列上；接收 进程从消息队列上取消息。
并发性
并发性。在引入线程的OS中，不仅进程间 可以并发执行，而且在一个进程内的多个 线程间，也可以并发执行，因而它比传统 的OS具有更好的并发性。
拥有资源
拥有资源。在这两种OS中，拥有资源的基 本单位都是进程。线程除了一点在运行中 必不可少的资源(如线程控制块、程序计数 器、一组寄存器值和堆栈)外，本身基本不 拥有系统资源，但它可共享其隶属进程的 资源。
共享存储器系统 消息传递系统 管道通信系统或共享文件系统
1.共享存储器系统
相互通信的进程共享某些数据结构或共享 存储区。
基于共享数据结构的通信方式：诸进程通过公 用某些数据结构交换信息。如生产者-消费者 问题。
基于共享存储区的通信方式：在存储器中划出 一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区 进行读或写来实现通信。包括建立共享存储区、 附接及断接。
支持多处理机系统
传统的进程，只能运行在一个处理机上； 多线程的进程，则可以将进程中的多个线 程分配到多个处理机上，从而获得更好的 并发执行效果。
多线程实例:矩阵乘法
给定两个矩阵A和B,其中A是具有M行K列的 矩阵,B为K行N列的矩阵,A和B的矩阵积为矩 阵C,C为M行N列.矩阵C中第i行第j列的元素 Cij就是矩阵A第i行每个元素和矩阵B第j列 每个元素乘积的和.
接收原语描述
void receive(b)//b为接收区首址 { 获得接收进程内部标识j;
P（sm）； P（mutex）； 将消息队列中的第一个消息移出； V（mutex）； 将消息复制到接收区b； }
2.6 线程(线程的概念)
进程是程序的一次执行过程和资源分配 的基本单位。一个进程内的基本调度单 位称为线程或称为轻权进程（Light weight process）。
使用共享文件通信时，基本上采用文件系 统的原有机制实现。包括创建、打开、关 闭、读写等。
管道机制应提供以下三方面的协调能力：
▪ 互斥：诸进程互斥读写管道 ▪ 同步：管道空、满情况处理 ▪ 存在：确定对方是否存在
管道的类型
管道的类型有：
无名管道 有名管道
有名管道和无名管道的读写方式是相同的。
1.直接消息通信3/4
我们还可以利用直接通信原语，来解决生 产者-消费者问题。当生产者生产出一个产 品(消息)后，便用Send原语将消息发送给 消费者进程；而消费者进程则利用 Receive原语来得到一个消息。如果消息 尚未生产出来，消费者必须等待，直至生 产者进程将消息发送过来。
1.直接消息通信4/4
while(1){ … produce an item in nextp; … send(consumer, nextp);
} while(1){
receive(producer, nextc); … consume the item in nextc; }
2.信箱通信
信箱通信方式中，进程之间通信需要通过 共享数据结构实体--信箱来进行。
对有名管道的访问方式象访问其他文件一样， 都需先用open系统调用去打开它。
共享文件通信示意图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 BCD
out
in
写入字符E后，管道长度为5
A BC D E
out
in
共享文件通信示意图2
读一个字符后，管道长度为4
直接消息通信的实现
用到了一种数据结构：消息缓冲区
消息缓冲区数据结构
消息缓冲区的数据结构如下： struct message_buffer { int sender; //发送者进程标识符 int size; //消息长度 char *text; //消息正文 struct message_buffer *next; //指向下一个消息缓冲区的指针 }
} void signal(S){
S.value=S.value+1; if (S.value<=0) wakeup(S.L); }
1.直接消息通信2/4
Send(Receiver, message); 发送一个消 息给接收进程；
Receive(Sender, message); 接 收 Sender发来的消息；
例如，原语Send(P2, m1)表示将消息m1 发送给接收进程P2; 而原语Receive(P1， m1)则表示接收由P1发来的消息m1。
在PCB中还应增加
struct PCB {┇ struct message_buffer *mq; //消息队列队首指针 semaphore mutex;//消息队列互斥信号量 semaphore sm;消息队列资源信号量 ┇ }
直接消息通信的实现
为了实现消息通信，发送进程应先在自己 的工作区中设置一个发送区，把欲发送的 消息填入其中，然后再用发送原语将其发 送出去。接收进程调用接收原语从自己的 消息缓冲队列中摘下第一个消息，并将其 内容复制到自己的消息接收区内。
独立性
独立性。每个进程都能独立地申请资源和 独立地运行；但同一进程的多个线程则共 享进程的内存地址空间和其他资源，他们 之间的独立性比进程间的独立性要底。
开销
由于创建或撤消进程时，系统都要为之分 配和回收资源，如内存空间等。进程切换 时所要保存和设置的现场信息也要明显地 多于线程，因此，OS在创建、撤消和切换 进程时所付出的开销将明显地大于线程。 另外，由于隶属于同一个进程的多个线程 共享同一地址空间和该进程所有已打开文 件，从而使它们之间的同步和通信的实现 也比进程更容易。
如A是3*2矩阵,B是2*3矩阵,则 C31=A31*B11+A32*B21
第二章 进程管理总结
1. 进程的基本概念、特征、状态及状态之间 的转换；进程控制块
2. 进程控制：进程的创建、终止、阻塞与唤 醒、挂起与激活；
3. 进程之间的两种制约关系； 4. 用信号量机制解决进程的同步关系； 5. 进程通信（三种高级通信方式）； 6. 线程、线程的属性；
引入线程后，进程的定义
引入线程后，线程作为调度和分派的基本 单位。进程作为拥有资源的基本单位，不 再是可执行的实体。
进程VS线程
调度性 并发性 拥有资源 独立性 系统开销 处理机支持
调度性
在传统的操作系统中，拥有资源的基本单 位、独立调度和分派的基本单位都是进程。 而在引入线程的OS中，则把线程作为调度 和分派的基本单位，进程只是拥有资源的 基本单位，而不再是调度和分派的基本单 位。
信箱是一种数据结构，其中存放信件。 信箱逻辑上分成信箱头和信箱体两部分。
信箱头中存放有关信箱的描述。 信箱体由若干格子组成，每格存放一个信件，
格子的数目和大小在创建信箱时确定。
信箱通信原语
信箱通信原语包括：
信箱的创建和撤消： 消息的发送和接收： Send(mailbox,message); Receive(mailbox,message);
text:Hello！