第3章消息传递编程
第3章练习解答
下乘客
例5：设有三个并发进程R，M，P。它们共享同一 只能放一个记录的缓冲区。进程R向缓冲区以记 录为单位输入数据；M在缓冲区加工数据；P把加 工数据取出打印，请设计正确执行的P，V操作程 序。
解：设置信号量三个，初值为Sr=1，Sm=0,Sp=0. 则程序如下：
进程R
进程M
进程P
P(Sr)
P(Sm)
进程P1
进程P2
P(S)
P(S)
向盘中放苹果
向盘中放桔子
V(S1)
V(S2)
进程P3 P(S1)
取盘中苹果 V(S)
进程P4 P(S2) 取盘中桔子 V(S)
例4：设某公共汽车上，司机和售票员的活动分别是：
司机：
售票员：
启动车辆
上乘客
正常行车
关车门
到站停车
售票
开车门
下乘客
பைடு நூலகம்
在汽车不断地到站，停车、行驶过程中，这两个活动有什么
例1：有一只铁笼子,每次只能放入一只动物,猎人向 笼中放入老虎,农民向笼中放入羊,野生动物园等待 取笼中的老虎,饭店等待取笼中的羊,试用P.V操作
写出能同步执行的程序.
解：这是两个生产者和两个消费者共享只能存放一 件产品的缓冲区，利用P.V操作编程如下：
猎人进程 农民进程 动物园进程 饭店进程
P(S) 放入虎
P(S) 放入羊
P(S1) 取老虎
P(S2) 取羊
V(S1) V(S2)
V(S)
信号量初值：S=1,S1=0,S2=0
V(S)
但如果要编程，可编程如下： begin S, S1, S2:Semaphore; S:=1;S1:=0;S2:=0; cobegin process hunter
面向对象程序设计中的消息传递机制研究
面向对象程序设计中的消息传递机制研究随着计算机技术的不断发展，面向对象程序设计成为了当今程序设计领域中的主流方法之一。
在面向对象程序设计中，消息传递机制是非常重要的概念，它是面向对象程序设计中的核心思想之一。
本文将从三个方面对面向对象程序设计中的消息传递机制进行研究。
一、什么是消息传递机制？消息传递机制是面向对象编程中实现对象之间交互的一种方式。
在传统的面向过程编程中，程序通过函数调用来实现不同模块之间的交互。
但是在面向对象编程中，每个对象都是自包含的，这时候就需要引入一种新的交互方式。
这种方式就是消息传递。
消息是一些对象引用的一些数据或命令的组合。
消息可以传递给一个单独的对象，也可以广播到多个对象。
在消息传递机制中，对象不直接调用其他对象中的方法，而是通过发送消息的方式来通知其他对象执行操作。
每个对象都有自己的线程，当一个对象收到消息时，它会在自己的线程上对消息进行处理。
二、消息传递机制的优点和缺点使用消息传递机制具有以下优点：1. 解耦合。
消息传递机制在对象之间建立了一条松散的连接，对象之间变得独立。
这意味着一个对象的改变不会对其他对象产生影响。
2. 可扩展性。
消息传递机制使得程序的各个部分可以灵活地添加、移除或者替换，从而能够实现更大的程序的功能变化。
3. 可靠性。
由于任务在对象上运行，对象的状态完全被封装，所以可以保证操作的可靠性。
但是消息传递机制也存在以下缺点：1. 性能问题。
消息传递机制可能引入额外的开销，由于消息的传递需要带来一些处理时间，可能会降低程序的运行速度。
2. 建立对象需要时间。
由于每个对象都需要建立一个自己的线程，所以当有大量对象时会大量消耗时间。
三、消息传递机制的实现方法消息传递机制可以用于单进程内部，也可以用于不同进程之间的通信。
下面介绍一下消息传递机制的实现方法：1. 基于共享内存的消息传递在同一个进程内部的不同对象之间通信时，采用基于共享内存的消息传递是一个常见的方式。
消息传递编程接口MPI
并行矩阵乘法
并行矩阵乘法是MPI的重要应用之一， 通过将矩阵划分为多个块，并在不同的 处理器上并行计算这些块之间的乘积， 最终得到完整的矩阵乘积。
MPI提供了各种函数，如`MPI_Matmul`， 用于在进程之间传递矩阵数据并进行乘法运 算。
并行矩阵乘法在高性能计算、机器 学习等领域有广泛应用，能够显著 提高计算速度和效率。
错误处理和调试
错误检测和处理
MPI提供了错误检测机制，允许程序员在运行时检测和 处理错误。例如，当发送进程尝试发送消息给不存在的 接收进程时，MPI会返回一个错误码，提示发送进程操 作失败。
调试工具
为了帮助程序员调试并行程序，MPI提供了一系列的调 试工具和技术。这些工具可以帮助程序员跟踪程序的执 行过程、检查变量的状态以及诊断潜在的错误来源。通 过使用这些工具，程序员可以提高程序的可靠性和可维 护性。
03 MPI编程模型
点对点通信
进程间一对一通信
MPI提供了点对点通信方式，允许两个进程 之间直接发送和接收消息。这种方式适用于 一对一的通信场景，如进程间数据交换或同 步。
通信模式
点对点通信支持同步和异步模式。在同步模 式下，发送进程会等待消息被接收后才继续 执行；在异步模式下，发送进程发送消息后 可以继续执行其他任务，不需要等待接收进
并行排序
01
02
03
并行排序是MPI的另一个常见应用， 通过将待排序数据划分为多个子集， 并在不同的处理器上并行进行排序， 最终合并得到完全排序的结果。
MPI提供了各种函数，如`MPI_Sort`， 用于在进程之间传递数据并进行排序操 作。
并行排序在处理大规模数据集时具有 显著优势，能够显著提高排序速度和 效率。
《并行程序设计导论》_第三章
从理论上说，MPI所有的通信功能可以用它的6个 基本的调用来实现:
MPI_INIT:
启动MPI环境
MPI_COMM_SIZE: 确定进程数
MPI_COMM_RANK: 确定自己的进程标识符
MPI_SEND:
发送一条消息
MPI_RECV:
接收一条消息
MPI_FINALIZE:
结束MPI环境
(1)MPI初始化：通过MPI_Init函数进入MPI环境并完 成所有的初始化工作。
常用的MPI版本
MPICH
是MPI最流行的非专利实现,由Argonne国家实验室和密西西比州立 大学联合开发,具有更好的可移植性
当前最新版本有MPICH 3.2
LAMMPI
美国Indiana 大学Open Systems 实验室实现
更多的商业版本MPI
HP-MPI，MS-MPI，……
MPI_Init(&argc,&argv);/*程序初始化*/
第三部分
MPI_Comm_rank(MPI_COMM_WORLD,&myid);
/*得到当前进程号*/
MPI_Comm_size(MPI_COMM_WORLD,&numprocs);
/*得到总的进程数*/
MPI_Get_processor_name(processor_name,&namelen);
mpiexec -n 1 ./mpi_hello
用1个进程运行程序
mpiexec -n 4 ./mpi_hello
用4个进程运行程序
Copyright © 2010, Elsevier Inc. All rights Reserved
Execution
软件编程规范及安全防护实践指导书
软件编程规范及安全防护实践指导书第1章引言 (4)1.1 编程规范的重要性 (4)1.2 安全防护的意义 (4)1.3 指导书内容概述 (4)第2章编程规范基础 (5)2.1 代码风格 (5)2.1.1 代码布局 (5)2.1.2 语句和表达式 (5)2.1.3 函数和模块 (5)2.2 命名规范 (5)2.2.1 变量命名 (5)2.2.2 函数命名 (6)2.2.3 类命名 (6)2.3 注释规范 (6)2.3.1 单行注释 (6)2.3.2 多行注释 (6)2.3.3 避免过度注释 (6)2.4 文档规范 (6)2.4.1 项目文档 (6)2.4.2 代码文档 (7)2.4.3 更新记录 (7)第3章编程语言规范 (7)3.1 C/C编程规范 (7)3.1.1 代码风格 (7)3.1.2 内存管理 (7)3.1.3 异常处理 (7)3.1.4 安全防护 (7)3.2 Java编程规范 (8)3.2.1 代码风格 (8)3.2.2 异常处理 (8)3.2.3 安全防护 (8)3.3 Python编程规范 (8)3.3.1 代码风格 (8)3.3.2 代码组织 (8)3.3.3 安全防护 (8)3.4 JavaScript编程规范 (8)3.4.1 代码风格 (8)3.4.2 代码组织 (9)3.4.3 安全防护 (9)第4章代码质量控制 (9)4.1 代码审查 (9)4.1.2 审查内容 (9)4.1.3 审查方法 (9)4.1.4 审查工具 (9)4.2 单元测试 (9)4.2.1 单元测试原则 (10)4.2.2 单元测试方法 (10)4.2.3 测试用例编写 (10)4.2.4 单元测试框架 (10)4.3 静态代码分析 (10)4.3.1 静态代码分析工具 (10)4.3.2 分析规则配置 (10)4.3.3 分析结果处理 (10)4.4 代码质量度量 (10)4.4.1 度量指标 (10)4.4.2 度量工具 (10)4.4.3 度量结果应用 (10)第5章设计模式与架构 (10)5.1 设计模式概述 (10)5.2 常用设计模式 (11)5.2.1 创建型设计模式 (11)5.2.2 结构型设计模式 (11)5.2.3 行为型设计模式 (11)5.3 架构设计原则 (12)5.4 常见架构风格 (12)第6章安全编程原则 (12)6.1 最小权限原则 (12)6.1.1 系统权限管理 (13)6.1.2 用户权限控制 (13)6.2 输入验证与输出编码 (13)6.2.1 输入验证 (13)6.2.2 输出编码 (13)6.3 防止SQL注入 (13)6.3.1 使用预编译语句 (13)6.3.2 参数化查询 (13)6.4 防止跨站脚本攻击（XSS） (13)6.4.1 输入输出编码 (13)6.4.2 使用HTTP头信息 (14)6.4.3 避免使用反射型API (14)第7章加密与安全通信 (14)7.1 加密算法简介 (14)7.1.1 对称加密算法 (14)7.1.2 非对称加密算法 (14)7.1.3 混合加密算法 (14)7.2.1 密钥 (14)7.2.2 密钥分发 (14)7.2.3 密钥存储 (14)7.2.4 密钥更新与销毁 (14)7.3 数字签名与证书 (15)7.3.1 数字签名 (15)7.3.2 证书 (15)7.3.3 证书权威（CA）与证书链 (15)7.4 安全通信协议 (15)7.4.1 SSL/TLS协议 (15)7.4.2 SSH协议 (15)7.4.3 IPSec协议 (15)7.4.4 应用层安全协议 (15)第8章应用程序安全防护 (15)8.1 边界防御策略 (15)8.1.1 网络边界防护 (15)8.1.2 应用程序边界防护 (16)8.2 访问控制与身份认证 (16)8.2.1 访问控制策略 (16)8.2.2 身份认证机制 (16)8.3 安全会话管理 (16)8.3.1 会话管理机制 (16)8.3.2 会话安全防护 (16)8.4 应用程序漏洞防护 (16)8.4.1 安全编码实践 (16)8.4.2 漏洞扫描与修复 (17)第9章数据库安全 (17)9.1 数据库安全概述 (17)9.2 数据库访问控制 (17)9.2.1 访问控制策略 (17)9.2.2 访问控制实现 (17)9.3 数据库加密技术 (17)9.3.1 加密算法 (17)9.3.2 加密应用 (18)9.4 数据库审计与监控 (18)9.4.1 审计 (18)9.4.2 监控 (18)第10章安全测试与评估 (18)10.1 安全测试方法 (18)10.1.1 静态安全测试 (18)10.1.2 动态安全测试 (18)10.1.3 安全功能测试 (19)10.1.4 代码审计 (19)10.2.1 静态分析工具 (19)10.2.2 动态分析工具 (19)10.2.3 漏洞扫描器 (19)10.2.4 代码审计工具 (19)10.3 安全合规性检查 (19)10.3.1 法律法规合规性检查 (19)10.3.2 行业标准合规性检查 (19)10.3.3 安全策略合规性检查 (20)10.4 安全风险评估与应对措施 (20)10.4.1 安全威胁识别 (20)10.4.2 安全漏洞评估 (20)10.4.3 风险计算与评估 (20)10.4.4 应对措施 (20)第1章引言1.1 编程规范的重要性软件行业的迅猛发展，编程规范日益成为软件开发过程中不可或缺的一部分。
操作系统的消息传递和进程间通信实现进程间的信息传递和通信
操作系统的消息传递和进程间通信实现进程间的信息传递和通信操作系统是计算机中非常重要的一个组成部分，它负责管理和控制计算机的硬件和软件资源。
在多道程序设计环境下，操作系统需要负责调度和管理多个进程的执行。
而进程间的信息传递和通信是操作系统中一个关键的功能，它使得不同进程之间能够相互交互、传递数据，从而实现协同工作和资源共享。
本文将探讨操作系统中的消息传递和进程间通信，以及它们的实现方法和技术。
一、消息传递在操作系统中，进程间的信息传递可以通过消息传递的方式来实现。
消息传递是指一个进程向另一个进程发送消息，并由接收进程接收和处理该消息。
消息传递可以用于进程间的同步和通信，从而实现进程之间的交互。
消息传递一般包括以下几个步骤：1. 消息的创建：发送进程首先需要创建一条消息，并在消息中填写相应的内容。
消息可以包含数据、指令等信息，以满足不同的需求。
2. 消息的发送：发送进程将创建好的消息发送给接收进程。
发送进程需要指定接收进程的标识符，以确保消息能够被正确地发送到目标进程。
3. 消息的接收：接收进程通过等待操作等待消息的到达。
当消息到达时，接收进程将检查消息的标识符，以确定该消息是否是自己所期望接收的。
4. 消息的处理：接收进程接收到消息后，会对消息进行处理。
处理的方式取决于消息的内容和接收进程的需求。
消息传递可以有两种方式：直接消息传递和间接消息传递。
直接消息传递是指发送进程直接发送消息给接收进程。
间接消息传递是指通过操作系统的消息队列来传递消息。
不同的方式适用于不同的场景和需求。
二、进程间通信的实现为了实现进程间的信息传递和通信，操作系统提供了多种机制和技术。
以下是几种常见的进程间通信的实现方式：1. 共享内存共享内存是一种在多个进程之间共享同一块物理内存的方式。
通过将一块内存区域映射到多个进程的地址空间中，进程可以通过读写共享内存的方式来进行通信。
共享内存的优点是速度快，但需要进程之间进行同步和互斥操作，以避免数据的冲突和错误。
函数调用和消息传递
函数调用和消息传递一、引言在计算机编程领域，函数调用和消息传递是两种常见的方法，用于在程序中执行特定的任务和传递信息。
函数调用是指通过使用函数的名称和参数来调用函数，以执行函数内的代码块并返回结果。
而消息传递是一种更加灵活的机制，它允许对象之间通过发送消息来交互和通信。
二、函数调用1. 基本概念函数调用是一种程序控制流的机制，通过调用函数来执行特定的任务。
函数定义了一系列的操作，并可以接受输入参数来完成特定的工作。
函数调用的过程包括传递参数、执行函数体中的代码和返回结果。
2. 函数调用的语法函数调用的语法通常包括函数名和参数列表。
函数名指定要调用的函数，而参数列表则传递给函数的输入参数。
# Python的函数调用示例result = my_function(arg1, arg2)3. 函数调用的流程函数调用的流程包括以下几个步骤： 1. 将函数调用的参数传递给函数所需的参数。
2. 执行函数体中的代码块。
3. 返回函数的结果。
4. 函数调用的特点函数调用具有以下几个特点： - 函数可以被多次调用，以便重复利用相同的代码。
- 函数可以返回一个值给调用者，用于获取函数的执行结果。
- 函数调用可以嵌套，即一个函数可以在另一个函数内部被调用。
三、消息传递1. 基本概念消息传递是一种对象之间的通信机制，通过发送消息来实现对象之间的交互和通信。
在面向对象编程中，对象是程序中的基本单位，它们具有自己的状态和行为。
通过发送消息，对象可以调用其他对象的方法，获取返回的结果，并更新自己的状态。
2. 消息传递的语法消息传递的语法通常包括消息的接收者和消息的内容。
接收者指定了消息应该发送给哪个对象，而消息的内容则描述了要执行的具体操作。
# Ruby的消息传递示例result = receiver.message(content)3. 消息传递的流程消息传递的流程包括以下几个步骤： 1. 根据消息的接收者，找到对应的对象。
MPI编程简单介绍
MPI编程简单介绍MPI编程简单介绍多线程是⼀种便捷的模型，当中每⼀个线程都能够訪问其他线程的存储空间。
因此，这样的模型仅仅能在共享存储系统之间移植。
⼀般来讲，并⾏机不⼀定在各处理器之间共享存储，当⾯向⾮共享存储系统开发并⾏程序时，程序的各部分之间通过来回传递消息的⽅式通信。
要使得消息传递⽅式可移植，就须要採⽤标准的消息传递库。
这就促成的消息传递接⼝(Message Passing Interface, MPI)的⾯世，MPI是⼀种被⼴泛採⽤的消息传递标准[1]。
与OpenMP并⾏程序不同，MPI是⼀种基于消息传递的并⾏编程技术。
消息传递接⼝是⼀种编程接⼝标准，⽽不是⼀种详细的编程语⾔。
简⽽⾔之，MPI标准定义了⼀组具有可移植性的编程接⼝。
各个⼚商或组织遵循这些标准实现⾃⼰的MPI软件包，典型的实现包含开放源码的MPICH、LAM MPI以及不开放源码的Intel MPI。
因为MPI提供了统⼀的编程接⼝，程序猿仅仅须要设计好并⾏算法，使⽤对应的MPI库就能够实现基于消息传递的并⾏计算。
MPI⽀持多种操作系统，包含⼤多数的类UNIX和Windows系统。
3.1.1怎样实现MPI3.1.2 MPI程序的特点MPI程序是基于消息传递的并⾏程序。
消息传递指的是并⾏运⾏的各个进程具有⾃⼰独⽴的堆栈和代码段，作为互不相关的多个程序独⽴运⾏，进程之间的信息交互全然通过显⽰地调⽤通信函数来完毕。
的安装和配置我使⽤的MPICH2安装⽂件是mpich2-1.0.6p1-win32-ia32.msi，在Windows下安装MPICH2⽐較简单，可是要有Microsoft .NET Framework 2.0的⽀持。
安装基本上仅仅要单击“Next”就可以。
在安装过程中会提⽰输⼊进程管理器的password，这个password被⽤来訪问全部的程序，这⾥使⽤的password为admin。
安装完毕后，安装⽂件夹下的include⼦⽂件夹包括了编程所须要的全部头⽂件，lib⼦⽂件夹包括了对应的程序库，⽽⼦⽂件夹bin则包括了MPI在Windows以下必须的执⾏程序。
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请求发确送认，，唤唤醒醒进进程程21 开始消息发送过程 确认 开始发送
recv();
srencdv在sreecnvd之之前前调调用用
一、消息传递编程基础
消息传递方式
锁定消息传递
• 使用消息缓冲区并在本地操作完成后就返回例程称为锁定 的，或本地锁定的。
• 消息缓冲区用来保存在recv接收之前发送的消息。 • 发送例程当本地操作结束，消息已经安全上路，就可以继
消息传递方式
群组消息传递
• 广播(broadcast)
• 向所有与求解问题有关的进程发送相同的信息。
• 散播(scatter)
• 根进程的数据数组中的每个元素分别发送给各个进程。
• 汇集(gather)
• 一个进程从一组进程中的每一个进程处收集一个数据。汇集 是散播的逆操作。
• 有时汇集操作与一个计算操作组合在一起，对各个值进行汇 总，称为归约(reduce)操作．
一、消息传递编程基础
进程的创建
动态创建
• 可在其他进程的执行期间创建进程并启动执行它们，也可 以撤销它们。在执行过程中进程数可以发生变化。
• 动态进程创建功能更为强大，但在创建进程时也会导致显 著的开销。
• 动态进程创建最通用的模型是MPMD模型。通常采用主从 方法，由一个处理器执行主程序（主进程），而其余进程 在主进程中启动。
一、消息传递编程基础
消息传递方式
非锁定消息传递
• 进程不必等相应接收，立即返回的例程称为非锁定的。 • 进程执行非锁定发送/接收，非锁定发送/接收在告知系统发
送/接收请求之后，便立即返回，此时消息并不一定已发出/ 接收。 • 非锁定的消息传递需由程序员保证用于传送的数据在传送 之前不能被后继的语句所修改。
M = 10;
S = -100;
send M to Q;
receive S from P;
执行某些不会改变Q的计算
执行某些不会使用S的计算
wait for M to be sent
wait for S to be received
M =息传递编程基础
消息传递方式
三种方式的比较
在非锁定发送/接收方式下：
进程P
进程Q
———————————————— ———————————————————
M = 10;
S = -100;
send M to Q;
receive S from P;
M = 20;
X = S+1;
依赖于两个进程的速度，X可能被赋为11、21、-99。
进程P
进程Q
——————————————————————————————————————————
receive S from P;
M = 20;
X = S+1;
当P发送M到Q，消息离开M时，调用即返回，此时消息可能还未 到达Q，而是暂时缓冲在网络中的某处，或者已经到达接收结点 的缓冲区。 当Q准备从P接收消息到S中时，如果缓冲中已经有消息，不用等 待相应的发送操作，就可执行锁定接收，然而在消息未被接收前， 它不能返回。 X将被赋值为11。
一、消息传递编程基础
消息传递方式
同步消息传递
• 消息传递过程结束后调用才返回的传递方式。 • 同步消息传递不需要消息缓冲存储器。 • 同步发送和接收操作过程中通常需要某种形式的同步信号。
进程P
进程Q
——————————————————————————————————————
M = 10;
S = -100;
第3章消息传递编程
一、消息传递编程基础
编程工具的选择
专用并行编程语言
• 如occam语言
对现有语言扩展语法来处理消息传递
• 如CC+语言、Fortran M语言
专门的并行编译器
• 不适用于消息传递机制
使用现有语言，配备消息传递外部过程库
• 如PVM、MPI。必须提供至少两类基本方法： 1、创建分离进程以使它们能在不同的计算机上运行的方法； 2、发送和接收消息的方法。
续执行后继工作。 • 接收例程需要消息时，从缓冲区中获得消息。 • 若消息缓冲区是空的，接收例程进入等待状态。 • 当缓冲区已满时，发送例程将进入等待状态。
在锁定发送/接收方式下：
进程P
进程Q
———————————————— ———————————————————
M = 10;
S = -100;
send M to Q;
• 同步方式表述清晰且易用，不需设置额外的数据缓冲区， 但可能导致某些周期的浪费。
• 在几乎所有的现行消息传递系统中，都使用锁定和非锁定 方式，且需要足够的临时缓冲区空间。
• 非锁定方式可使等待时间减到最小，但可能需要利用等待 操作进行协调。额外缓冲区和等待操作的使用可能抵销所 带来的好处。
一、消息传递编程基础
send M to Q;
receive S from P;
M = 20;
X = S+1;
P同步发送M到Q，等待Q同步从P接收S，直到消息M已被发送和接收， 发送和接收调用才返回，这时X被赋值为11。
使用三路协议的同步send和recv调用
进程1
进程2
send(); send();
请求发送，进程1挂起 进程2挂起 recv();
进程P： send(A, double, Q) send(B, int, Q)
进程Q： recv(X, P, double) recv(Y, P, int)
进程P： send(A, double, Q, tag1) send(B, int, Q, tag2)
一、消息传递编程基础
消息选择
源进程和目的进程标记
• 在发送和接收例程中须指定目的进程和源进程。可以使用 特殊符号或数字作为通配源地址，即允许接收来自任何源 进程的消息。
XXXX 收
一、消息传递编程基础
消息选择
消息标记(Message Tag)
• 由用户选定的正整数，对不同类型的消息进行区分，附于 消息之上，用于消息的选择。
一、消息传递编程基础
进程的创建
静态创建
• 所有进程在执行前必须加以指定，系统将执行固定数目的 进程。程序员通常需在进程或程序执行之前用命令行显式 标识它们。通常有一个主进程（控制进程），其余的为从 进程（工作进程）。
• SPMD模型将所有的进程融合到一个程序中，由控制语句 选择不同的执行部分。SPMD是MPI所采用的主要方法