第3章 进程
3.1 进程概念
3.1.1 进程
进程是执行中的程序（unformal）
进程包括文本段、数据段、堆、栈
程序不是进程，程序是被动实体，进程是活动实体，当可执行文件载入Mem的时候，程序才会变成进程
进程本身也可以作为其他程序的运行环境（如JVM）
3.1.2 进程状态
3.1.3 进程控制块PCB
- 进程状态
- PC
- CPU Reg
- CPU调度信息
- 内存管理信息
- 记账信息
- I/O状态信息
3.1.4 线程
3.2 进程调度
3.4 进程间通信（IPC, Interprocess Communication）
系统中的进程可能是独立（independent）或协作（cooperating）的
-
独立进程和其他进程互不影响
-
协作进程可能影响其他进程，或被其他进程影响，包括共享数据
协作进程的理由：
- 信息共享
- 计算提速
- 模块化（modularity）
- 便捷性
协作进程需要IPC
IPC的两种模型：
- 共享内存（shared memory）
- 信息传递（message passing）
3.5 共享内存中的IPC
消费者-生产者问题
- 无限缓冲
- 有限缓冲
共享内存：
- 在希望通讯的进程间共享的内存区域
- 通信在用户进程的控制下，而非OS
- 主要问题是提供在用户进程访问共享内存时，允许它们同步操作的机制
- （有关同步的详细内容见Chap 6&7）
3.6 信息传递中的IPC
进程通信和同步操作的机制
消息系统：进程相互通信而不采取共享的变量
进程间通信设施提供两个操作：
- send(message)
- receive(message)
message的大小可以固定也可以变化
若P、Q之间想要通信，则它们需要：
- 在它们之间建立通信连接（communication link）
- 通过send/receive交换消息
通信连接的应用：
- 物理上的
- 共享内存
- 硬件总线
- 网络
- 逻辑上的
- 直接/间接
- 同步/异步
- 自动/显式缓冲
3.6.1 命名（Naming）
-
直接通信
-
进程必须显式给其他进程命名
send(P, message)：给进程P发送一条消息
receive(Q, message)：从进程Q接收一条消息
-
通信连接的性质
- 连接是自动建立的
- 一个连接只对应一对通信进程
- 在每一对进程间也只存在一个连接
- 连接可以单向，但通常是双向的
-
-
间接通信
-
消息通过邮箱（mailbox）（也叫端口port）接收/发送
- 每个邮箱有一个独一无二的id
- 仅当进程间共享邮箱时，可以相互通信
-
通信连接的性质
- 仅当进程共享邮箱时连接建立
- 一个连接可能和许多进程相联系
- 每对进程可能共享多个通信连接
- 连接可能是单向或双向的
-
操作
- 创建一个新邮箱（端口）
- 通过邮箱发送和接收消息
- 摧毁邮箱
-
原语定义为
- send(A, message) 发送一条消息到邮箱A
- receive(A, message) 从邮箱A接收一条消息
-
邮箱共享
-
多个进程接收消息，谁会得到消息？
解决方案：
- 只允许连接和两个进程关联
- 一次只允许一个进程执行接收操作
- 允许系统任意选择接收者，通知发送方谁是接收者
-
-
3.6.2 同步（Synchronization）
消息传递可以是阻塞或非阻塞的
阻塞被认为是同步的
- 阻塞发送：发送者被阻塞，直到消息被接收
- 阻塞接受：接收者被阻塞，直到可以收到消息
非阻塞被认为是异步的
- 非阻塞发送：发送者发送了消息，继续该干嘛干嘛
- 非阻塞接收：接收者收到了一条正确的消息或空消息
不同组合都是可能的：
若发送和接收者都被阻塞了，称这种情况为会合（rendezvous）
3.6.3 缓冲（Buffering）
与连接相连的消息队列
三种应用方式：
- 0容量（zero capacity）：连接的队列里没有消息，发送者必须等待接收者
- 有限容量（bounded capacity）：有限长度n条消息，若连接满，发送者必须等待
- 无限容量：无限长度，发送者从来不等
3.7 IPC系统的实例
3.8 客户-服务器系统中的交流
3.8.1 套接字（Sockets）
套接字是通信的结束点
IP地址和端口（到主机上不同网络服务的消息包的开头所包含的一个数字）的级联
套接字161.25.19.8:1625表示在主机161.25.19.8的1625端口
通信由一对套接字组成
特殊的IP地址127.0.0.1（loopback 回送）指正在运行进程的系统
3.8.2 远程过程调用（Remote Procedure Calls）
抽象了网络系统中进程间的过程调用
- 仍然用端口来区分服务
存根（stub）：服务器上实际程序的客户端代理
客户端存根位于服务器上并编组（marshall）参数
服务器存根接收消息，解组参数，并在服务器上执行过程
在Windows上，存根代码从用MIDL（Microsoft Interface Definition Language）写的规格编译
通过外部数据表示格式（XDL）处理的数据表示以说明不同的体系结构
- 大端和小端
远程通信比本地更易发生错误
消息只能被传递一次，而不是最多一次
OS一般提供会合（rendezvous）服务（或称matchmaker）来连接客户端和服务器
