Bài giảng Hệ điều hành nâng cao - Trần Hạnh Nhi - Bài giảng 3: Liên lạc giữa các tiến trình

10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 1
BÀI GIẢNG 3 : LIÊN LẠC GIỮA CÁC TIẾN TRÌNH 
CƠ CHẾÁ ?
VẤÁN ĐỀÀ ?TRAO ĐỔÅI THÔNG TIN GIÂ ỮA CÃ ÙÙC TIẾÁN TRÌNH
GỈAI PHÁÙP ?
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 2
Nhu Cầu Liên Lạc
Q
LP
ƒChia sẻ thông tin
R
ƒPhối hợp xử lý
P
JOB
R1
R2
L
Q
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 3
Các cơ chế liên lạc
„ Chia sẻ tài nguyên chung
„ Signal
„ Pipe
„ Shared Memory
„ Trao đổi thông điệp
„ Message
„ Socket
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 4
IPC theo nguyên tắc chia sẻ tài nguyên chung
User Process User Process
OS - Kernel
shared 
resources
„Các tiến trình chia sẻ
„Memory
„File System Space
„Communication Facilities, Common communication protocol
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 5
Signal
„ Signal
„ Meaning
„ Handler
„ Định nghĩa trước khi thực hiện liên lạc
„ SIGINT, SIGSTOP…
„ SIGUSR1, SIGUSER2
„ Hỗ trợ liên lạc
„ Kernel với User Process
„ Process Error
„ Timer
„ Child Process kết thúc…
„ User process vơí nhau
„ Terminate Process
„ Suspend, Resume…
OS
Process
Signal handler
Signal Action
Signal
Name Value Function
SIGHUP 1 Terminal hangup
SIGINT 2 Interrupt by user: generated by 
SIGQUIT 3 Quit by user: generated by 
SIGFPE 8 Floating point error such as divide by zero
SIGKILL 9 Kill the process
SIGUSR1 10 User defined signal 1
SIGSEGV 11 Segment violation: process has tried to access 
memory not assigned to it
SIGUSR2 12 User defined signal 2
SIGALRM 14 Timer set with alarm() function has timed out
SIGTERM 15 Termination request
SIGCHLD 17 Child process termination signal
SIGCONT 18 Continue after a SIGSTOP or SIGSTP signal
SIGSTOP 19 Stop the process
SIGTSTP 20 Terminal stop: generated by 
SIGWINCH 28 Change of window size
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 7
Nhận xét Signals
„ Liên lạc không đồng bộ
„ Không biết trước thời điểm
„ Thiếu tin cậy
ƒ Không cho phép trao đổi dữ liệu
Sig
Result
L
Q
SH
L
Q
?
Quiz : OK
A B
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 8
Pipes
ƒ Pipe
ƒ Kernel buffer (File) có kích thước giới hạn (4K, 8K…)
ƒ HĐH cung cấp hàm WritePipe & ReadPipe
ƒ WritePipe khi Pipe đầy ?
ƒ ReadPipe khi Pipe rỗng ?
ƒ Phảiù xét đến các khả năng đồng bộ
ƒ Hỗ trợ liên lạc (UNIX original )
ƒ Giữa 2 tiến trình Cha - Con
ƒ Một chiều
ƒ Không cấu trúc (byte transfer) 
WritePipe() ReadPipe()
LQ B……….AAB
AB
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 9
Nhận xét Pipe
„ Ưu điểm :
„ Cho phép trao đổi dữ liệu không cấu trúc
„ Khuyết điểm
„ Chi phí thực hiện cao (system call)
„ Liên lạc giữa 2 tiến trình
„ Liên lạc một chiều
„ Pipe trong các HĐH hiện đại :
„ Anomynous Pipe : This…
„ Named Pipe : Unix , Windows NT…
„ Truyền dữ liệu có cấu trúc
„ Liên lạc 2 chiều
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 10
Shared Memory
ƒ Shared Memory:
ƒ Là một phần không gian nhớ không thuộc sở hữu của tiến trình
nào
ƒ Được HĐH tạo ra
ƒ Các tiến trình có thể ánh xạ địa chỉ vào không gian chia sẻ này
để truy xuất dữ liệu (như đối với không gian nội bộ)
ƒ Không giới hạn số lượng tiến trình, chiều trao đổi, và thứ tự
truy cập
ƒ Mâu thuẫn truy xuất - > nhu cầu đồng bộ
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 11
IPC theo nguyên tắc trao đổi thông điệp
User Process
OS-Kernel
User Process
OS-Kernel
Network
„ Không có bộ nhớ chung
„ Cần có đường kết nối giữa các máy tính
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 12
Message
„ Message
„ Dữ liệu có cấu trúùc
„ Cấu trúc và thông dịch msg được thỏa thuận giữa 2 tiến trình liên
lạc
„ HĐH cung cấp 2 primitive chính
„ send(destination, message)
„ receive(source, message)
„ Các vấn đề quan tâm :
„ Direct or indirect addressing
„ Blocking or non-blocking communication
„ Reliable or unreliable communication
„ Buffered or un-buffered communication
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 13
Định dạng Message
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 14
Nhận xét message
„ Là cơ chế IPC tổng quát
„ Hỗ trợ liên lạc giữa các tiến trính trên cùng máy
„ Hỗ trợ liện lạc giữa các tiến trính trong hệ thống phân tán
„ Liên lạc giữa các hệ thống không đồng nhất ?
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 15
Máy A
(UNIX)
Máy B
(Windows)
Liên lạc giữa các hệ thống không đồng nhất
P1
P2
Send( ) //UNIX
Receive( ) //WIN
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 16
Socket
„ Endpoint của một kết nối 2 chiều
„ Tương đương với một network interface (hardware)
„ Cho phép các ứng dụng “plug in” vào mạng một cách ẩn dụ
„ Là một giao diện lập trình mạng
„ Cho phép các tiến trình liên lạc 2 chiều với nhau
„ Thiết lập liên lạc : tạo 2 socket, kết nối chúng với nhau
„ Socket description
„ Sử dụng một transport protocol
„ Cần đặc tả IPaddress và port kết nối
„ Được hỗ trợ đầu tiên trong Berkeley socket
„ Là sự mở rộng của nhập xuất file trừu tượng
„ Hiện nay được hỗ trợ trong hầu hết HĐH hiện đại
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 17
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 18
Socket Communication
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 19
Máy A
(UNIX)
Máy B
(Windows)
Liên lạc giữa các hệ thống không đồng nhất
P1
P2
Send( )
Receive( )
Socket
Socket
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 20
Liên lạc thông qua Socket
„ Hỗ trợ 2 phương thức liên lạc
„ Connection-oriented (TCP/IP)
„ Stream
„ Reliable
„ Bi-directional communication
„ Connectionless (UDP/IP)
„ Datagram
„ Unreliable
„ Bi-directional communication
„ Cho phép liên lạc giữa các tiến trình trên các mạng không
đồng nhất
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 21
Phương thức Connection-Oriented
„ Thực hiện trên TCP (Transmission Control Protocol.)
„ Phải thực hiện kết nối giữa 2 tiến trình trước khi trao đổi dữ liệu
„ Tương tự hệ thống điện thoại
„ Dữ liệu được phân phối
„ in sequence.
„ guaranteed.
„ Kết nối kết thúc khi liên lạc chấm dứt
„ 2 modes:
„ Iterative (synchronous)
„ Concurrent (asynchronous)
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 22
Phương thức Connectionless
„ Thực hiện trên UDP (User Datagram Protocol)
„ Không yêu cầu kết nối tồn tại trước khi truyền dữ liệu
„ Tương tự hệ thống thư tín
„ Dữ liệu truyền có thể bị mất mát hay không đúng trật tự
„ 2 modes:
„ Iterative (synchronous)
„ Concurrent (asynchronous)
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 23
Cấu trúc địa chỉ Socket
„ Generic socket address structure:
„ struct sockaddr {
sa_family_t sa_family; /* address family */
char sa_data[14]; /* socket address */
};
„ A popular BSD-derived implementation:
„ struct sockaddr_in {
sa_family_t sin_family; /* address family */
in_port_t sin_port; /* protocol port number */
struct in_addr sin_addr; /* IP addr in NW byte order */
char sin_zero[8]; /* unused, set to zero */
};
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 24
Port Numbers
„ Port là 1 khái niệm trừu tượng được TCP/UDP sử dụng
để phân biệt các ứng dụng trên một máy chủ
„ Một port được xác định bằng 1 số nguyên 16 bit là port 
number.
„ 3 miền giá trị đươc dành cho
„ Well-known ports (0-1023)
„ Registered ports (1024-49151)
„ Dynamic ports (49512 – 65535)
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 25
Some Well-Known Ports
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 26
Socket Types
„ Socket types:
„ SOCK_STREAM
„ Stream socket (TCP)
„ SOCK_DGRAM
„ Datagram socket (UDP)
„ SOCK_RAW
„ Raw socket (talk to IP directly)
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 27
Socket Primitives
Primitive Ý nghĩa
Socket Tạo 1 communication endpoint
Bind Kết buộc một local address với 1 socket
Listen Thông báo sẵn sàng “lắng nghe” (tiếp nhận kết nối)
Accept Khoá caller đến khi có 1 yêu cầu kết nối
Connect Chủ động thực hiện kết nối
Send Gởi dữ liệu qua kết nối đã thiết lập
Receive Nhận dữ liệu qua kết nối đã thiết lập
Close Kết thúc kết nối
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 28
TCP System Calls
bind()
listen()
socket()
socket()
accept()
read()
write()
connect()
write()
read()
blocks until connection from client
process request
Server
Client
close() close()
10/28/2005 Trần Hạnh Nhi 29
UDP System Calls
socket()
bind()
recvfrom()
sendto()
socket()
recvfrom()
sendto()
blocks until data received 
from a client
process request
data(request)
data(reply)
Server
Client
close()