OS之《进程管理》

进程同步

同步实际上是指：将多个进程，按照顺序，有序执行。
让进程有序进行的场景有很多。比如：一个进程依赖另外一个进程的计算结果；一个进程等待另外一个对临界资源的访问；还有像生产者消费者模型中的相互配合等等。

进程同步应该遵循以下原则

1.空闲让进：有效利用临界资源
2.忙着等待：保持对临界资源的互斥访问
3.有限等待：不能死等
4.让权等待：当持有一个资源去等待另外一个资源的时候，等了一段时间后，就应该释放资源，避免忙等

利用硬件资源实现同步

1.关中断：不适用多核cpu;关中断时间长，会影响效率；
2.Test And Set 指令：会导致CPU空转，一直处于忙碌状态
3.SWAP指令：还是导致CPU空转，一直处于忙碌状态

软件实现同步

1.整型信号量：用一个整数表示资源的数目；当可用资源小于0时，就不断的重试，直到其他进程释放占用的资源；会引起忙等现象
2.记录型信号量：当进程发现没有可用资源时，会进入等待队列，解决了忙等问题。所有的登录对应用一个链表进行连接。
3.AND型信号量：解决一个进程要获取多个不同类型的资源。
4.信号量集：解决一个进程要获取多个不同类型的资源，同时每次获取不止一个资源的问题。
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如果设置型号量大小为1，则可以实现互斥访问。
管程机制：手动实现PV操作进行控制是非常麻烦，繁琐的。这里引入管程是将PV操作分装在一个数据结构中，提供对外的一个接口即可。例如java里面的synchronized 关键字控制进程同步问题。***

进程同步经典模型

1.生产者消费者模型
2.吸烟者模型（1：N）
3.读写模型
4.哲学家就餐问题
5.水果模型（N:N）

进程通信

就是进程之间的信息交换。
进程互斥和同步，在使用的信号量也属于进程之间的通信的。但，这种属于低级的方式。有以下两点：
1.效率低：不论是哪种信号量，缓存区每次只能是一个或者几个消息。
2.通信对用户不透明：信号量的设置、PV操作都要程序员手动去操作的。

存在的问题：当进程之间的通信需要大量的数据交换时，这种低效的方式显然不行。
解决思路：
应该使用OS自带的高级的通信工具，有以下特点：
1.使用方便。不用关心的实现细节，直接使用原语操作命名就行。
2.高效的完成大数据量的传输。

高级的通信机制归类有以下四种类型：

1.共享存储器
2.管道通信机制
3.消息传递机制
4.客户端-服务器机制

共享存储器系统，也分为两种：

1.基于数据结构的通信方式：公用一个数据结构，实现信息交换。这种传输的数据量太小
2.基于共享存储区方式：这种是在内存中申请一块空间作为共享数据区域，对该区域的读写操作，都是有进程自己来完成的。所以，进程要对该内存区域手动控制，而不是OS来完成的。

管道通信机制：

管道实际上是一个共享文件。用于连接一个读进程和一个写进程。保证管道能正确使用，需要具备一下特点：
1.互斥：一个写，一个读，不能同时使用。一个写的时候，另外一个就不能读。要想实现全双工，就要搞两个管道。
2.同步：一个写完了，要通知到读。读完了要通知到写。比如我们指定缓冲区大小为4K。每次传输数据大小就为4k
3.确保对方进程是否存在：只有对方的进程存在了，才能进行通信

消息传递机制：

将要发送的消息封装成指定数据格式，然后调用OS的操作原语命令，直接讲消息投递给对方进程即可。这种方式隐藏了中间的细节，他是怎么实现的我们不用关心。完全做到了对用户透明，这不就是我们程序员想要的方式嘛。主要它还支持多处处理机。这种方式也很符合网络中消息传递的方式。

具体实现方式也有两种：
1.直接传递方式：用OS操作原语直接将A进程的消息发送给B进程。没有中间缓存区。
2.简介传递方式：是指收发进程共享一个中间实体，类是一个邮箱的概念。实际上就是一个缓冲区。
有缓冲和没有缓冲的优缺点也是很明显的。没有缓冲的效率低，容错率低，信息交换的慢。有缓冲的效率高，在实现上麻烦些。