进程间通信（IPC）解决和问题和算法

2020-04-18 12:39:49

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供稿：网友

谈谈我们的进程间通信，上次我们谈进程是什么？进程是社会的一个个人，每个都有自己的财产，都有自己的空间，那么人需要通信吗？人需要通信，否则社会不会向前流通，而进程作为一个个实体也会有自己的沟通，否则一个个憋在那能干什么？当然当个笑话听！这里面涉及到三个问题，第一是比较棘手的，怎么把信息从一个进程传给另外一个进程？这个我们这样想，人在社会上生存是不是要交流，你给老外讲中文他能听懂？所以信息必须以一种约定好的规格传递，当然，这只是我这样想。第二点，人在社会中生存，我们都会有竞争，我们都需要抢夺资源，这对于进程来讲也一样的，而且很多时候两者会产生冲突造成一些不可预估的结果，我们想人之间有冲突会打架需要调节，进程不一样的吗？最后一点是进程间的执行有时是需要秩序的，进程A获得数据而进程B打印数据，诸如此类。所以我们归纳进程间通信（IPC）主要解决三个问题：在进程间传递数据进程间约定秩序协调对于共享数据的互斥访问 topic1：竞争条件：当两个或多个进程同时访问某个共享区域时（通常会有读写两种情况），最后的运行结果取决于进程的运行时序，这样就产生了竞争条件，很经典的问题就是对文件的读写，一个在读，一个在写，读出来的东西很可能不是你想要的，所有IPC必需要协调好对于共享数据的互斥访问，也就是说，必需要有这样一种机制能够避免这种竞争的发生！临界区的概念：既然有竞争，那我们就必须要去协调！如何避免？比如张三和李四都想要某个东西，两个人打起来了，现在怎么办，他们自己肯定不想停下来，都想要这个东西，现在我们作为他们的上级，肯定要说，你们不要打了，让其中一个拿走这个东西，或者更好的建议是，我们在之前就应该分配好，在更高的层次上说，比如张三就应该先拿走这个东西，可是这样对于其他人（其他进程）是不公平的，所以谁先到先得，我们只需要保证，当他拿到这个东西的时候，其他人不能抢夺，拿不走，同样的思想，运用在进程上！这种思想的根本在于对于互斥的实现，一个人在做，另外的人只能看！不知你懂否，看了这么久，其实我们就是在探讨一个问题，上面的问题3，如何达到互斥访问，但是这样的描述其实还不够精确，因为事实上，进程真正访问共享区域的只有一部分时间而已，为了把互斥做得更细致，我们要往下走！一个进程访问共享区域的那部分代码，我们不妨称之临界区，其实名字无所谓，但是这个考试或者面试经常考，而且很多人误以为是内存或者资源，不要闹了笑话！那我们以这样的视角看，大家都有开车的时候，这么多人，都某个点开出来那么肯定会堵车，那我们只要让大家错开时间段出来就好了啊！当然这依然是一个很粗的模型，事实上，我们需要提出一个方案（也就是一个算法）解决互斥（如同解决交通堵塞问题一样），这个方案最好应该满足以下的条件：基本条件，解决互斥你的方案不应该对cpu速度和这类条件作任何假设，这个很容易理解，cpu的执行在多道程序模型下是具有不可再现性的！因为临界区互斥，A进程在占用，B进程阻塞，但是C进程不能因为B进程的阻塞阻塞，也就是说不要引起无关人的损伤！ A执行，B阻塞，你让我一直等！no！那我还咋混！笑话听。上面最后两点涉及到后面会谈到的死锁，活锁，饥饿，反正大家记住，系统就是要让每个进程都能安安稳稳的执行！说白了，比较好的结果就，A执行，B等一会，A走了，B跑，大家走，理想的效果！下面就这个算法向大家介绍一些比较典型的算法！这个为了讲清楚，我不想讲的很笼统，首先大家要知道从大的角度看，有两种方式，忙等待与非忙等待！忙等待和非忙等待不是两种算法，而是两种思路，下面包括实际的解决方法，其实忙等待和非忙等待是很经典的两个模型，不仅在进程通信有这个概念，其实就是事件模型，当某个事件发生的时候，你如何知道？比如你在等某一个人，如果你很急，你可能会不断跑到门口去看，来了没有啊！这就是忙等待，非忙等待就是我在这睡觉，咦，有人敲门了，好，等到了！这个听懂了，很多其他开发你自然理解了！我们说忙等待，如何实现互斥？笼统的讲，忙等待实现互斥是通过不断的检测一个状态变量，当这个状态变量为某个值的时候就往下执行！你也可以按你的思路理解，这个状态变量，就像一把锁，你不断去看开了没有，也可以理解为一个信号灯，随你的想法了，但是思想都是一样的！忙等待的几个算法： first：禁止中断，这种方法你需要知道一个前提，我们需要让进程1执行完后进程2,3,4.。。依次执行，如何实现？我们通过时间中断，每次时间中断后更新进程x的执行时间，到了时间了，对不起了您，收拾东西先回去吧！所以如果你关了中断，这就是开了外挂啊，哥想执行多久就执行多久，谁还能抢夺我的时间，我得资源？可是这样带来了一些问题，第一用户没有权利开关中断，限于内核编程，另外现在cpu多核，关一般关一个核的中断，最后，你掌控了全局的寿命，这不是很安全的做法，要是你小子不把时间给其他人咋办？所以，现在这种方式不是很有用。 second：严格交替法，设置一个变量不妨为x，这种方法在进程1和进程0间讨论，设x最开始为0，进程0不断对x检测看是否为0，进程1不断对x检测看是否为1，这里先叙述到这，下章再续。

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