進程/線程同步的方式和機制，進程間通信

一、進程/線程間同步機制。

臨界區、互斥區、事件、信號量四種方式
臨界區（Critical Section）、互斥量（Mutex）、信號量（Semaphore）、事件（Event）的區別
1、臨界區：通過對多線程的串行化來訪問公共資源或一段代碼，速度快，適合控制數據訪問。在任意時刻只允許一個線程對共享資源進行訪問，如果有多個線程試圖訪問公共資源，那麽在有一個線程進入後，其他試圖訪問公共資源的線程將被掛起，並一直等到進入臨界區的線程離開，臨界區在被釋放後，其他線程才可以搶占。
2、互斥量：采用互斥對象機制。 只有擁有互斥對象的線程才有訪問公共資源的權限，因為互斥對象只有一個，所以能保證公共資源不會同時被多個線程訪問。互斥不僅能實現同一應用程序的公共資源安全共享，還能實現不同應用程序的公共資源安全共享 .互斥量比臨界區復雜。因為使用互斥不僅僅能夠在同一應用程序不同線程中實現資源的安全共享，而且可以在不同應用程序的線程之間實現對資源的安全共享。
3、信號量：它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數目 .信號量對象對線程的同步方式與前面幾種方法不同，信號允許多個線程同時使用共享資源，這與操作系統中的PV操作相同。它指出了同時訪問共享資源的線程最大數目。它允許多個線程在同一時刻訪問同一資源，但是需要限制在同一時刻訪問此資源的最大線程數目。

PV操作及信號量的概念都是由荷蘭科學家E.W.Dijkstra提出的。信號量S是一個整數，S大於等於零時代表可供並發進程使用的資源實體數，但S小於零時則表示正在等待使用共享資源的進程數。
　　 P操作申請資源：
　　（1）S減1；
　　（2）若S減1後仍大於等於零，則進程繼續執行；
　　（3）若S減1後小於零，則該進程被阻塞後進入與該信號相對應的隊列中，然後轉入進程調度。
　　
　　V操作 釋放資源：
　　（1）S加1；
　　（2）若相加結果大於零，則進程繼續執行；
　　（3）若相加結果小於等於零，則從該信號的等待隊列中喚醒一個等待進程，然後再返回原進程繼續執行或轉入進程調度。
4、事 件： 通過通知操作的方式來保持線程的同步，還可以方便實現對多個線程的優先級比較的操作 .

總結：
　　1． 互斥量與臨界區的作用非常相似，但互斥量是可以命名的，也就是說它可以跨越進程使用。所以創建互斥量需要的資源更多，所以如果只為了在進程內部是用的話使用臨界區會帶來速度上的優勢並能夠減少資源占用量。因為互斥量是跨進程的互斥量一旦被創建，就可以通過名字打開它。
　　2． 互斥量（Mutex），信號燈（Semaphore），事件（Event）都可以被跨越進程使用來進行同步數據操作，而其他的對象與數據同步操作無關，但對於進程和線程來講，如果進程和線程在運行狀態則為無信號狀態，在退出後為有信號狀態。所以可以使用WaitForSingleObject來等待進程和線程退出。
　　3． 通過互斥量可以指定資源被獨占的方式使用，但如果有下面一種情況通過互斥量就無法處理，比如現在一位用戶購買了一份三個並發訪問許可的數據庫系統，可以根據用戶購買的訪問許可數量來決定有多少個線程/進程能同時進行數據庫操作，這時候如果利用互斥量就沒有辦法完成這個要求，信號燈對象可以說是一種資源計數器。

二、進程間通信方式

由於比較容易混淆，我們把進程間通信方法也列在這裏做比較。

程間通信就是在不同進程之間傳播或交換信息，那麽不同進程之間存在著什麽雙方都可以訪問的介質呢？進程的用戶空間是互相獨立的，一般而言是不能互相訪問的，唯一的例外是共享內存區。但是，系統空間卻是“公共場所”，所以內核顯然可以提供這樣的條件。除此以外，那就是雙方都可以訪問的外設了。在這個意義上，兩個進程當然也可以通過磁盤上的普通文件交換信息，或者通過“註冊表”或其它數據庫中的某些表項和記錄交換信息。廣義上這也是進程間通信的手段，但是一般都不把這算作“進程間通信”。因為那些通信手段的效率太低了，而人們對進程間通信的要求是要有一定的實時性。

　　進程間通信主要包括管道, 系統IPC(包括消息隊列,信號量,共享存儲), SOCKET.

管道分為有名管道和無名管道，無名管道只能用於親屬進程之間的通信，而有名管道則可用於無親屬關系的進程之間。

消息隊列用於運行於同一臺機器上的進程間通信，與管道相似；

本質上，信號量是一個計數器，它用來記錄對某個資源（如共享內存）的存取狀況。一般說來，為了獲得共享資源，進程需要執行下列操作：

　　（1）測試控制該資源的信號量；

　　（2）若此信號量的值為正，則允許進行使用該資源，進程將進號量減1；

　　（3）若此信號量為0，則該資源目前不可用，進程進入睡眠狀態，直至信號量值大於0，進程被喚醒，轉入步驟（1）；

　　（4）當進程不再使用一個信號量控制的資源時，信號量值加1，如果此時有進程正在睡眠等待此信號量，則喚醒此進程。
套接字通信並不為Linux所專有，在所有提供了TCP/IP協議棧的操作系統中幾乎都提供了socket，而所有這樣操作系統，對套接字的編程方法幾乎是完全一樣的

三、進程/線程同步機制與進程間通信機制比較

很明顯2者有類似，但是差別很大

同步主要是臨界區、互斥、信號量、事件

進程間通信是管道、內存共享、消息隊列、信號量、socket

共通之處是，信號量和消息（事件）

其他資料：

進程間通訊(IPC)方法主要有以下幾種：
管道/FIFO/共享內存/消息隊列/信號

1.管道中還有命名管道和非命名管道(即匿名管道)之分，非命名管道(即匿名管道)只能用於父子進程通訊，命名管道可用於非父子進程，命名管道就是FIFO，管道是先進先出的通訊方式

2.消息隊列是用於兩個進程之間的通訊，首先在一個進程中創建一個消息隊列，然後再往消息隊列中寫數據，而另一個進程則從那個消息隊列中取數據。需要註意的是，消息隊列是用創建文件的方式建立的，如果一個進程向某個消息隊列中寫入了數據之後，另一個進程並沒有取出數據，即使向消息隊列中寫數據的進程已經結束，保存在消息隊列中的數據並沒有消失，也就是說下次再從這個消息隊列讀數據的時候，就是上次的數據！！！！

3.信號量，它與WINDOWS下的信號量是一樣的，所以就不用多說了

4.共享內存，類似於WINDOWS下的DLL中的共享變量，但LINUX下的共享內存區不需要像DLL這樣的東西，只要首先創建一個共享內存區，其它進程按照一定的步驟就能訪問到這個共享內存區中的數據，當然可讀可寫

以上幾種方式的比較：

1.管道：速度慢，容量有限，只有父子進程能通訊

2.FIFO：任何進程間都能通訊，但速度慢

3.消息隊列：容量受到系統限制，且要註意第一次讀的時候，要考慮上一次沒有讀完數據的問題

4.信號量：不能傳遞復雜消息，只能用來同步

5.共享內存區：能夠很容易控制容量，速度快，但要保持同步，比如一個進程在寫的時候，另一個進程要註意讀寫的問題，相當於線程中的線程安全，當然，共享內存區同樣可以用作線程間通訊，不過沒這個必要，線程間本來就已經共享了同一進程內的一塊內存

進程之間的通信