进程通信是指进程之间的信息交换。
一、低级通信——进程之间的互斥和同步
信号量机制是有效的同步工具，但作为通信工具缺点如下：
(1)效率低（通信量少）
(2)通信对用户不透明（程序员实现，操作系统只提供共享存储器供代码操作）
二、高级进程通信
用户直接利用操作系统提供的一组通信命令，高效地传送大量数据的通信方式。
操作系统隐藏了进程通信的细节，对用户透明，减少了通信程序编制上的复杂性。
1.进程通信的类型
高级通信机制可归结为四大类
共享存储器系统（操作存储区方式）
相互通信的进程共享某些数据结构或共享存储区，进程之间能够通过这些空间进行通信。
基于共享数据结构的通信方式（低级）
基于共享存储区的通信方式（高级）
a.基于共享数据结构
诸进程公用某些数据结构，借以实现诸进程间的信息交换。
如生产消费问题，定义共享的数据结构：n个长度的有界缓冲区。
程序员：提供对公用数据结构的设置及对进程间同步的处理。
操作系统：提供共享存储器。
特点：复杂、低效率，还只适合传递相对少量的数据。
b.基于共享存储区
在存储器中划出了一块共享存储区，诸进程可通过对共享存储区中数据的读或写来实现通信。
进程通信前先向系统申请获得共享存储区中的一个分区，并指定该分区的关键字；
若系统已经分给了其他进程，则将该分区的描述符返回给申请者，申请者把获得的共享存储分区连接到本进程上；此后，便可像读、写普通存储器一样地读、写该公用存储分区。多进程借助该区通信。
②消息传递系统（发–收方式）
最广泛使用的一种，进程间的数据交换，以格式化的消息为单位。屏蔽底层复杂操作。
单机：操作系统底层编程中的消息传递系统调用；
计算机网络：消息称为报文。程序员直接利用系统提供的一组通信命令(原语)进行通信。（④客户机-服务器系统）
如socket编程，利用函数库的send、receive等命令即可实现网络通信
③管道通信（中间文件方式）
所谓“管道”，是指用于连接一读进程和一写进程以实现通信的一个共享文件，又名pipe文件。
向共享文件输入的写进程以字符流形式将大量的数据送入管道；而接收管道输出的读进程则从管道中接收(读)数据。
首创于UNIX系统。其管道机制需提供三方面的协调能力：互斥、同步、确定对方是否存在。
④Client-Server system
套接字（Socket）
一个套接字就是一个通信标识类型的数据结构，包含了通信目的的地址，端口号，传输层协议、进程所在的网络地址，以及针对C\S程序提供的不同系统调用（API函数）等。
系统中所有的连接都持有唯一的一对套接字及端口连接，从而方便地区分来自不同应用程序进程或网络连接的通信，确保通信双方间逻辑链路的唯一性。
远程过程调用（远程方法调用）
RPC 有很多正面的应用，比如网络文件系统NFS、Web Service等，也是网络安全中容易被攻击的技术。
Remote Procedure Call，远程过程调用。也就是说，调用过程代码并不是在调用者本地运行，而是要实现调用者与被调用者二地之间的连接与通信。
RPC的基本通信模型是基于Client/Server进程间相互通信模型的一种同步通信形式；它对Client提供了远程服务的过程抽象，其底层消息传递操作对Client是透明的。
RPC应用开发步骤
1.定义客户端、服务器端的通信协议（定义服务过程的名称、调用参数的数据类型、返回参数的数据类型、底层传输类型（UDP/TCP）等。2.开发客户端程序。3.开发服务器端程序。
对于RPC通信协议的生成，最简单的方法是利用协议编译工具：生成实现RPC协议的生成器rpcgen（ C程序） ，Remotetea（ java程序）。
2.消息传递通信的实现方法
1）直接通信方式
发送进程利用OS所提供的发送命令（原语），直接把消息发送给目标进程。此时，发送进程和接收进程都以显式方式提供对方的标识符。通常利用系统通信命令（原语）：
Send(Receiver, message);
Receive(Sender, message);
利用直接通信原语解决生产者——消费者问题：
Producer:
repeat
…
produce an item in nextp;
…
send(consumer, nextp);
until false;
Consumer:
repeat
receive(producer, nextc);
…
consume the item in nextc;
until false;
2）间接通信方式
基于共享数据结构的实体用来暂存发送给目标进程的消息；接收进程则从该实体中，取出对方发送给自己的消息。通常把这种实体称为信箱。
消息在信箱中可以安全地保存，只允许核准的目标用户随时读取。既可实时通信，又可非实时通信。
系统为信箱通信提供原语：
1）信箱的创建和撤消
信箱名
权限属性
私用信箱
公用信箱
共享信箱
共享者名称
2）信箱消息的发送和接收
进程之间利用信箱进行通信时，必须使用共享信箱。
Send(mailbox, message);
Receive(mailbox, message);
3.消息传递系统的实现
单机和网络环境下的高级进程通信广泛采用“消息传递”方式，需要考虑的问题：
（1）通信链路的建立
计算机网络环境下，用原语显式建立/拆除链路
单机系统只须利用系统原语，进程间链路由系统自动管理。
（2）消息格式
单机系统，发送与接收进程在同一台机器，环境相同故格式简单；
网络环境下，受不同目标机器的环境和长距离信息传输等因素的影响，消息格式较复杂，消息常是“大头+正文”
（3）同步方式
即考虑平时闲着，还是平时忙碌？
发送进程阻塞、接收进程阻塞（无缓冲紧密同步）
发送进程不阻塞、接收进程阻塞（服务器程序）
发送进程和接收进程均不阻塞（缓冲队列）
4.消息缓冲队列通信机制
不需管理链路
定义简单数据结构（亦即消息格式）
实现发送和接收的操作原语
1.线程的创建和终止
在多线程OS中，应用程序启动时，通常只有一个线程(初始化线程)在执行，它根据需要再创建若干线程。
创建新线程
利用线程创建函数(或系统调用)，提供相应参数。线程创建函数执行完后，返回一个线程标识符供以后使用。
线程被终止：
不立即释放资源，只有当进程中的其它线程执行分离函数后，资源才分离出来能被其它线程利用。
被终止而未释放资源的线程仍可被需要它的线程调用，使其重新恢复运行。
2.线程与进程的比较
调度：线程作为CPU调度的基本单位，而进程只作为其它资源分配单位。
并发性：进程之间可以并发，实质上是不同进程中的两个线程并发。一个进程的多个线程之间亦可并发。
拥有资源：进程间资源相互独立；同一进程的各线程间共享。某进程内的线程在其它进程不可见
系统开销：线程上下文切换在同进程环境下上下文切换要快得多。因为同进程内线程间共享内存地址和打开的文件资源。
3.线程的管理
同步和通信机制
1）互斥锁
比较简单的，控制线程互斥访问资源；
适用于高频度使用的关键共享数据和程序段；
unlock和lock两个锁操作原语；
2）条件变量
与互斥锁一起使用
锁保证互斥进入临界区，但利用条件变量使线程阻塞
注意不满足条件时，wait条件变量：
释放互斥锁
进程阻塞在条件变量指向队列中
被唤醒后要重新再设互斥锁
3）信号量
私用信号量（private samephore）
用于同进程的线程间同步，数据结构存放在应用程序的地址空间。属于特定进程，OS感知不到其存在。
公用信号量（public samephore）
用于不同进程间或不同进程中线程的同步，数据结构由OS管理，存放在受保护的系统存储区。