作業系統中的程序通訊

在作業系統中併發執行的程序可以是獨立程序或合作程序。如果一個程序不能影響或被系統中執行的其他程序影響，則稱該程序為獨立程序。因此，任何不與任何其他程序共享任何資料的程序都是獨立的。如果一個程序可以影響或被系統中執行的其他程序影響，則稱該程序為合作程序。因此，很明顯，任何與其他程序共享其資料的程序都是合作程序。

提供允許程序合作的環境有很多原因：

  • 資訊共享 - 由於多個使用者可能對同一資訊感興趣（例如，共享檔案），因此我們必須提供一個環境來允許併發訪問此類資訊。

  • 計算加速 - 如果我們希望某個特定任務執行得更快，則必須將其分解成子任務，每個子任務將與其他子任務並行執行。

  • 模組化 - 我們可以以模組化的方式構建系統，將系統功能劃分為單獨的程序或執行緒。

  • 便利性 - 即使是單個使用者也可以同時處理許多工，例如使用者可以同時編輯、聽音樂和編譯。

合作程序需要一個程序間通訊 (IPC) 機制，允許它們交換資料和資訊。存在兩種基本的程序間通訊模型：共享記憶體和訊息傳遞。在共享記憶體模型中，建立了由合作程序共享的記憶體區域。

然後，程序可以透過讀取和寫入共享區域中的資料來交換資訊。在訊息傳遞模型中，通訊透過合作程序之間交換的訊息進行。下圖對比了這兩種通訊模型。上面提到的兩種模型在作業系統中都很常見，許多系統都實現了這兩種模型。訊息傳遞對於交換少量資料很有必要，因為無需避免衝突。它也比共享記憶體更容易在分散式系統中實現。一旦共享記憶體被初始化，所有訪問都被視為常規記憶體訪問，並且不需要核心的幫助。它存在快取一致性問題，這些問題是由於共享資料在多個快取之間遷移而產生的。隨著系統上處理核心的數量增加，我們可能會看到訊息傳遞成為 IPC 的首選機制。

圖：通訊模型

更新於： 2019年10月17日

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