现代操作系统课件：Chapter2-Interprocess Communication.ppt

现代操作系统中的进程间通信（IPC，Interprocess Communication）是确保多进程协同工作并避免数据冲突的关键机制。在操作系统中，进程是系统资源分配的基本单位，而进程间的通信则允许它们交换信息、同步执行顺序以及控制对共享资源的访问。本课件主要探讨了几个重要的IPC概念和技术。 2.3 进程间通信 1. **竞态条件**（Race Conditions）：当两个或多个进程同时访问和修改同一资源时，可能会导致不一致的结果，这种现象称为竞态条件。例如，在银行账户取款的例子中，如果两个进程同时尝试从同一账户中扣除金额，可能会出现余额计算错误。 2. **临界区与互斥**（Critical Region and Mutual Exclusion）：为了防止竞态条件，需要确保任何时候只有一个进程能访问共享资源，这就是临界区的概念。实现互斥通常需要一种机制，如忙等待（Busy Waiting）或信号量（Semaphores），来阻止其他进程进入临界区。 3. **忙等待**（Busy Waiting）：一个进程在无法访问共享资源时，会不断检查条件是否满足，以便尽快获取资源。然而，这种方法浪费了处理器时间，并可能导致不必要的资源消耗。 4. **睡眠与唤醒**（Sleep and Wakeup）：另一种处理进程间同步的方式是让进程在无法访问资源时进入睡眠状态，直到被唤醒。这种方式更高效，因为它允许CPU处理其他任务。 5. **信号量**（Semaphores）：信号量是一种同步工具，用于管理对共享资源的访问。它可以是整数，表示可用资源的数量，当资源不足时，进程会被阻塞直到资源变得可用。 6. **监视器**（Monitors）：监视器是一种更高层次的同步原语，它将数据结构和方法封装在一起，只允许单个进程在任何时候访问。这种方法提高了代码的可读性和安全性。 7. **消息传递**（Message Passing）：进程通过发送和接收消息进行通信，可以是直接传递或间接传递。这种方式提供了灵活的通信模型，但需要有效的消息队列管理。 2.5 经典IPC问题 经典的问题包括读者-写者问题、哲学家就餐问题、银行家算法等。这些问题都涉及到如何有效地管理和协调进程对共享资源的访问，以避免死锁、饥饿和其他不期望的情况。 进程间通信是现代操作系统设计的核心部分，它的目的是确保并发执行的进程能够安全、有效地协同工作。理解和掌握这些概念对于编写并发程序至关重要，因为这有助于构建健壮、无冲突的多线程或分布式系统。