進(jìn)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(wǎng)友

談?wù)勎覀兊倪M(jìn)程間通信，上次我們談進(jìn)程是什么？進(jìn)程是社會的一個個人，每個都有自己的財產(chǎn)，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(jìn)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(dāng)然當(dāng)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(jìn)程傳給另外一個進(jìn)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(guī)格傳遞，當(dāng)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(jìn)程來講也一樣的，而且很多時候兩者會產(chǎn)生沖突造成一些不可預(yù)估的結(jié)果，我們想人之間有沖突會打架需要調(diào)節(jié)，進(jìn)程不一樣的嗎？最后一點是進(jìn)程間的執(zhí)行有時是需要秩序的，進(jìn)程A獲得數(shù)據(jù)而進(jìn)程B打印數(shù)據(jù)，諸如此類。所以我們歸納進(jìn)程間通信（IPC）主要解決三個問題：在進(jìn)程間傳遞數(shù)據(jù)進(jìn)程間約定秩序協(xié)調(diào)對于共享數(shù)據(jù)的互斥訪問 topic1：競爭條件：當(dāng)兩個或多個進(jìn)程同時訪問某個共享區(qū)域時（通常會有讀寫兩種情況），最后的運行結(jié)果取決于進(jìn)程的運行時序，這樣就產(chǎn)生了競爭條件，很經(jīng)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(xié)調(diào)好對于共享數(shù)據(jù)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(fā)生！臨界區(qū)的概念：既然有競爭，那我們就必須要去協(xié)調(diào)！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(xiàn)在怎么辦，他們自己肯定不想停下來，都想要這個東西，現(xiàn)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(yīng)該分配好，在更高的層次上說，比如張三就應(yīng)該先拿走這個東西，可是這樣對于其他人（其他進(jìn)程）是不公平的，所以誰先到先得，我們只需要保證，當(dāng)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(jìn)程上！這種思想的根本在于對于互斥的實現(xiàn)，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(dá)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(jìn)程真正訪問共享區(qū)域的只有一部分時間而已，為了把互斥做得更細(xì)致，我們要往下走！一個進(jìn)程訪問共享區(qū)域的那部分代碼，我們不妨稱之臨界區(qū)，其實名字無所謂，但是這個考試或者面試經(jīng)常考，而且很多人誤以為是內(nèi)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(dāng)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(yīng)該滿足以下的條件：基本條件，解決互斥你的方案不應(yīng)該對cpu速度和這類條件作任何假設(shè)，這個很容易理解，cpu的執(zhí)行在多道程序模型下是具有不可再現(xiàn)性的！因為臨界區(qū)互斥，A進(jìn)程在占用，B進(jìn)程阻塞，但是C進(jìn)程不能因為B進(jìn)程的阻塞阻塞，也就是說不要引起無關(guān)人的損傷！ A執(zhí)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(tǒng)就是要讓每個進(jìn)程都能安安穩(wěn)穩(wěn)的執(zhí)行！說白了，比較好的結(jié)果就，A執(zhí)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(tǒng)，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(jīng)典的兩個模型，不僅在進(jìn)程通信有這個概念，其實就是事件模型，當(dāng)某個事件發(fā)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??！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(fā)你自然理解了！我們說忙等待，如何實現(xiàn)互斥？籠統(tǒng)的講，忙等待實現(xiàn)互斥是通過不斷的檢測一個狀態(tài)變量，當(dāng)這個狀態(tài)變量為某個值的時候就往下執(zhí)行！你也可以按你的思路理解，這個狀態(tài)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(jìn)程1執(zhí)行完后進(jìn)程2,3,4.。。依次執(zhí)行，如何實現(xiàn)？我們通過時間中斷，每次時間中斷后更新進(jìn)程x的執(zhí)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(guān)了中斷，這就是開了外掛啊，哥想執(zhí)行多久就執(zhí)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(quán)利開關(guān)中斷，限于內(nèi)核編程，另外現(xiàn)在cpu多核，關(guān)一般關(guān)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(xiàn)在這種方式不是很有用。 second：嚴(yán)格交替法，設(shè)置一個變量不妨為x，這種方法在進(jìn)程1和進(jìn)程0間討論，設(shè)x最開始為0，進(jìn)程0不斷對x檢測看是否為0，進(jìn)程1不斷對x檢測看是否為1，這里先敘述到這，下章再續(xù)。

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