進程間通信（IPC）解決和問題和算法

2020-04-18 12:39:49

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供稿：網友

談談我們的進程間通信，上次我們談進程是什么？進程是社會的一個個人，每個都有自己的財產，都有自己的空間，那么人需要通信嗎？人需要通信，否則社會不會向前流通，而進程作為一個個實體也會有自己的溝通，否則一個個憋在那能干什么？當然當個笑話聽！這里面涉及到三個問題，第一是比較棘手的，怎么把信息從一個進程傳給另外一個進程？這個我們這樣想，人在社會上生存是不是要交流，你給老外講中文他能聽懂？所以信息必須以一種約定好的規格傳遞，當然，這只是我這樣想。第二點，人在社會中生存，我們都會有競爭，我們都需要搶奪資源，這對于進程來講也一樣的，而且很多時候兩者會產生沖突造成一些不可預估的結果，我們想人之間有沖突會打架需要調節，進程不一樣的嗎？最后一點是進程間的執行有時是需要秩序的，進程A獲得數據而進程B打印數據，諸如此類。所以我們歸納進程間通信（IPC）主要解決三個問題：在進程間傳遞數據進程間約定秩序協調對于共享數據的互斥訪問 topic1：競爭條件：當兩個或多個進程同時訪問某個共享區域時（通常會有讀寫兩種情況），最后的運行結果取決于進程的運行時序，這樣就產生了競爭條件，很經典的問題就是對文件的讀寫，一個在讀，一個在寫，讀出來的東西很可能不是你想要的，所有IPC必需要協調好對于共享數據的互斥訪問，也就是說，必需要有這樣一種機制能夠避免這種競爭的發生！臨界區的概念：既然有競爭，那我們就必須要去協調！如何避免？比如張三和李四都想要某個東西，兩個人打起來了，現在怎么辦，他們自己肯定不想停下來，都想要這個東西，現在我們作為他們的上級，肯定要說，你們不要打了，讓其中一個拿走這個東西，或者更好的建議是，我們在之前就應該分配好，在更高的層次上說，比如張三就應該先拿走這個東西，可是這樣對于其他人（其他進程）是不公平的，所以誰先到先得，我們只需要保證，當他拿到這個東西的時候，其他人不能搶奪，拿不走，同樣的思想，運用在進程上！這種思想的根本在于對于互斥的實現，一個人在做，另外的人只能看！不知你懂否，看了這么久，其實我們就是在探討一個問題，上面的問題3，如何達到互斥訪問，但是這樣的描述其實還不夠精確，因為事實上，進程真正訪問共享區域的只有一部分時間而已，為了把互斥做得更細致，我們要往下走！一個進程訪問共享區域的那部分代碼，我們不妨稱之臨界區，其實名字無所謂，但是這個考試或者面試經常考，而且很多人誤以為是內存或者資源，不要鬧了笑話！那我們以這樣的視角看，大家都有開車的時候，這么多人，都某個點開出來那么肯定會堵車，那我們只要讓大家錯開時間段出來就好了??！當然這依然是一個很粗的模型，事實上，我們需要提出一個方案（也就是一個算法）解決互斥（如同解決交通堵塞問題一樣），這個方案最好應該滿足以下的條件：基本條件，解決互斥你的方案不應該對cpu速度和這類條件作任何假設，這個很容易理解，cpu的執行在多道程序模型下是具有不可再現性的！因為臨界區互斥，A進程在占用，B進程阻塞，但是C進程不能因為B進程的阻塞阻塞，也就是說不要引起無關人的損傷！ A執行，B阻塞，你讓我一直等！no！那我還咋混！笑話聽。上面最后兩點涉及到后面會談到的死鎖，活鎖，饑餓，反正大家記住，系統就是要讓每個進程都能安安穩穩的執行！說白了，比較好的結果就，A執行，B等一會，A走了，B跑，大家走，理想的效果！下面就這個算法向大家介紹一些比較典型的算法！這個為了講清楚，我不想講的很籠統，首先大家要知道從大的角度看，有兩種方式，忙等待與非忙等待！忙等待和非忙等待不是兩種算法，而是兩種思路，下面包括實際的解決方法，其實忙等待和非忙等待是很經典的兩個模型，不僅在進程通信有這個概念，其實就是事件模型，當某個事件發生的時候，你如何知道？比如你在等某一個人，如果你很急，你可能會不斷跑到門口去看，來了沒有啊！這就是忙等待，非忙等待就是我在這睡覺，咦，有人敲門了，好，等到了！這個聽懂了，很多其他開發你自然理解了！我們說忙等待，如何實現互斥？籠統的講，忙等待實現互斥是通過不斷的檢測一個狀態變量，當這個狀態變量為某個值的時候就往下執行！你也可以按你的思路理解，這個狀態變量，就像一把鎖，你不斷去看開了沒有，也可以理解為一個信號燈，隨你的想法了，但是思想都是一樣的！忙等待的幾個算法： first：禁止中斷，這種方法你需要知道一個前提，我們需要讓進程1執行完后進程2,3,4.。。依次執行，如何實現？我們通過時間中斷，每次時間中斷后更新進程x的執行時間，到了時間了，對不起了您，收拾東西先回去吧！所以如果你關了中斷，這就是開了外掛啊，哥想執行多久就執行多久，誰還能搶奪我的時間，我得資源？可是這樣帶來了一些問題，第一用戶沒有權利開關中斷，限于內核編程，另外現在cpu多核，關一般關一個核的中斷，最后，你掌控了全局的壽命，這不是很安全的做法，要是你小子不把時間給其他人咋辦？所以，現在這種方式不是很有用。 second：嚴格交替法，設置一個變量不妨為x，這種方法在進程1和進程0間討論，設x最開始為0，進程0不斷對x檢測看是否為0，進程1不斷對x檢測看是否為1，這里先敘述到這，下章再續。

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