操作系统8-死锁和进程通信----（库函数scanf和printf是基于管道读写实现的！

大纲：
死锁概念及死锁处理方法
银行家算法
死锁检测
进程通信方法：信号、管道、消息队列、共享内存

一、死锁

背景

可重用资源：资源不能被删除且任何时刻只能有一个进程使用，进程释放资源后其他进程可重用，可能出现死锁
消耗资源：资源创建和销毁，当进程间相互等待接收对方消息时也可能出现死锁
=======》资源分配图：描述资源和进程间分配和占用关系的有向图
出现死锁的必要条件：
1）互斥：在一个事件只能由一个进程使用资源
2）持有并等待资源：
3）非抢占：资源只能在进程使用后自愿放弃
4）循环等待：

死锁处理方法

死锁预防：确保系统永远不会出现进入死锁状态，将前述的四个必要条件中任意一个条件避免掉，但是这样往往影响很大效率很低
死锁避免：在使用前进行判断，只允许不会出现死锁的进程请求资源（有效的）
死锁检测和恢复：在检测到运行系统进入死锁状态后，进行恢复：
由应用进程处理死锁，通常OS就忽略死锁的存在

死锁预防：使系统在任何时刻都不满足死锁的必要条件

1）互斥：把互斥的共享资源封装成可同时访问
2）持有并等待：进程请求资源时，要求它不持有任何其他资源（在进程开始时，就一次把所有资源都申请到），但资源利用率太低了
3）非抢占：如进程请求不能立即分配的资源，则释放已占有的资源
4）循环等待：对资源排序，要求进程按顺序请求资源（效率下降

死锁避免：利用额外的先验信息

在分配资源时判断是否会出现死锁，只在不会死锁时分配资源“
1）要求进程声明需要资源的最大数目
2）限定提供于分配的资源数目，确保满足进程的最大需求
3）动态检查资源分配状态，确保不会出现环形等待

银行家算法：一种死锁避免的方法

银行家算法以一银行借贷分配策略为基础，判断并保证系统处于安全状态：
1）客户在第一次申请贷款时，声明所需最大资金量，在满足所有贷款要求并完成项目时及时归还
2）在客户贷款数额不超过银行拥有的最大值时，银行家尽量满足客户需要

===> 银行家：os；资金：资源；客户：申请资源的线程

数据结构：总需求量，剩余空闲量，已分配量，未来需要量
判断安全状态……（接下来需要的比现在剩余的小，就安全

死锁检测：允许系统进入死锁状态

维护系统的资源分配图，定期调用死锁检测算法来搜索图中是否存在死锁
检测方法：

方法1：将资源分配图转成等待图：将资源分配图中的资源都去掉只剩下进程，就变成等待图了，如果等待图中由环，则死锁发生
方法2：用Available, allocation ,request三个变量构成一个死锁检测算法（数据结构，开销很大

死锁恢复：

终止所有死锁i进程
依据某些原则一次只终止一个进程直到死锁消除：
进程优先级，进程已运行时间及还需运行时间，进程已占用资源，进程完成需要的资源，终止进程数目，进程时交互还是批处理
但是又可能某些个进程会一直被选做受害者，一直得不到执行，由此产生饥饿

二、进程通信

进程通信IPC（inter-process communication)：是进程进行通信和同步的机制

IPC提供两个基本操作：发送操作send(message) 和接受操作receive(message)
进程通信流程：在通信进程间建立通信链路，再通过send/receive交换消息
进程链路特征：物理链路（如，共享内存，硬件总线），逻辑链路（如，逻辑属性）
通信方式有两种：间接通信和直接通信

间接通信：依赖OS kernel，进程将信息发送到内核的消息队列上，另一个进程从kernel消息队列中读出来，从而完成依赖于操作系统内核的一个间接通信。此时交互的两个进程的生命周期不必相同
1）每个消息队列都有一个唯一的标识，（在内核中可能维护了多个消息队列，必须得直到要通信的对方是谁
2）只有共享了相同消息队列的进程，才能够通信
3）通信链路可以是单项的，也可以是双向的，
4）消息队列可以与多个进程相关联
直接通信：在两个进程之间建立一个共享信道，一个进程从共享信道发数据，另一个进程从共享信道读数据。这两个进程生命周期得相同
1）直接通信的进程必须正确命名对方，send(P,message), receive(Q,message)
2）通信链路必须满足：1自动建立链路 2一条链路恰好对应一对通信进程 3每对进程之间只有一个链接存在
3）链接可以是单向的，可以是双向的

进程通信又分为阻塞通信和非阻塞通信：阻塞通信也称为同步通信，非阻塞通信为异步通信

通信链路缓冲

进程发送的消息在链路上可能有三种缓冲方式：

0容量：发送方必须等待接收方（就是没缓存嘛
有限容量：通信链路缓冲队列满时，发送方才必须等待
无限容量：发送方任何时候都可以发，发送的数据在链路上缓存，接收方任何时候都可以接受。（当然这不太可能

进程通信机制的具体实现——信号和管道，消息队列和共享内存

信号signal：进程间的软件中断通知和处理机制

进程在执行过程中有正常的执行流程，如果发生了意外的事件怎么处理呢？并且每一个进程有不同的处理的时候怎么办？

信号的接受处理：
1）捕获catch：执行进程指定的信号处理函数被调用
2）忽略ignore：执行操作系统指定的缺省处理，如进程终止，进程挂起
3）屏蔽mask：禁止进程接受和处理信号。（可能是暂时的，当处理同样类型的信号
不足：只适合快速通信，因为这种通信机制仅仅只能传送信号的类型，传送的信息量小
信号的实现：
1）进程启动时，注册信号处理函数给os内核，以便有信号发送给os时，os可以知道去执行哪一个处理函数
2）有进程或设备发送信号的时候，os kernel负责把这个信号送给指定的进程，并且启动响应的信号处理函数
3）执行信号处理函数，比如杀掉进程或者忽视进程之类的

管道pipe：进程间基于内存文件的通信机制

两个数据想通信，于是在内存中建了临时文件，就将要通信的数据放到临时文件中，子进程从父进程继承通信描述符，缺省文件描述符(fd)有stdin,stdout,stderr

与管道相关的系统调用：
1）读管道：read(fd, buffer,nbytes)，scanf()是基于这个实现的！！！！！！库函数scanf()就是基于管道的读实现的！
2）写管道：write(fd, buffer,nbytes),printf()是基于写管道实现的！！！！
3）创建管道：pipe(rgfd)：rgfd是2个文件描述符组成的数组，rgfd[0]是读文件描述符，rgfd[1]是写文件描述符，继承父进程的通信描述符，一头读一头写就实现两者的通信了！！！bravo！！！

消息队列：由操作系统维护的以字节序列为基本单位的间接通信机制

（间接通信机制必然是由os维护的，所以标题重点就是：消息队列通信以字节序列为基本单位）
图片不想搞了，方便理解记忆消息队列就是进程们通过消息队列来进行通信，发送方将消息发到消息队列中，而接收方通过消息队列接收消息，其中相同标识的消息组成按先进先出的顺序组成一个消息队列