理解进程及其间的交流机制
基础知识
1.进程:具有独立功能的程序在一个数据集合上一次动态的执行过程。通俗点讲就是“一个正在运行的程序”
2.程序:静态的程序以文件的形式保存在磁盘上。
3.操作系统的进程管理:
每一个正在运行的程序都对应着一个独立的进程,当这些程序装入内存开始执行时,操作系统会为每个进程创建好相关的数据结构。由于操作系统可以同时装入多个程序,为此必须有一种方法来保证这些同时运行的程序不相互影响,不会由于一个程序出现异常而直接影响其他程序,甚至操作系统的正常运行。位于操作系统核心的“进程管理“模块负责管理并行执行的多个程序。
4.操心系统的用户模式和核心模式:
Windows设计了两种代码运行的环境——用户模式和核心模式(用户态与核心态)。普通的应用程序运行于用户模式中,而操作系统的关键代码(比如负责分配与回收内存,创建和销毁进程等功能代码)运行核心模式下。运行于核心模式下的代码可以访问系统内存和执行所有的CPU指令,用户模式下运行的代码则只拥有”有限的权限“。当用户模式下的应用程序访问系统核心数据时,它必须发出一个”系统调用“提出访问核心数据的申请,操作系统内核接到申请,有运行在核心模式下的代码去访问这些数据,然后将结果再”转发“给处于用户模式下的代码。Windows应用程序通过调用Win32API函数来实现从”用户模式“到”核心模式“的转换。
5.句柄:
操作系统核心会不断地创建和销毁"核心对象",为了便于跟踪和访问这些对象,此操作系统为这些对象分配了标识,这是一个32位的整数,被称为"句柄(Handle)"
6.操作系统采用引用计数法来决定销毁核心对象的时机:
当一个线程调用某个Win32API函数创建一个核心对象之后,此核心对象的初始引用计数为1,应用程序代码中对其句柄的每次引用都会导致计数加1.线程用完以后应该关闭句柄,此时引用对象减1,当其值减为1时,操作系统销毁这一核心对象,并回收其占用的各种资源。
7..NET对于"普通对象"与"核心对象"不加区分,使用new关键字就可以创建任何一种类型,而对象的销毁工作由CLR负责。
8.线程
线程是CPU调度的基本单位,因为操作系统会给进程分配大量的资源,如果直接以进程作为调度CPU运行的基本单位,那么当进程投入运行和退出运行时,必然花费大量的计算资源在进程运行环境的切换上(保护现场等)。这会严重影响操作系统的性能。为此,操作系统将进程切分为多个“线程(thread)",虽然线程也需要有一个运行环境,但这个运行环境往往只涉及到当前一些寄存器的值,数据量小,切换速度快得多。
9. 进程是系统分配各种资源的单位,而线程则是操作系统分配CPU的基本单位
10.线程上下文
线程的运行环境被称为“线程上下文”,包括为使线程在线程的所属进程地址空间中继续运行所需的所有信息(如线程的CPU寄存器,线程堆栈和线程局部存储区)当从一个线程切换到另一个线程时,操作系统将保存被换出线程的线程上下文。
11.CLR如何管理进程与线程
.NET是一个托管的运行环境,在其上运行的进程称为“托管进程”,而在托管进程中创建的线程自然就是“托管线程”。操作系统直接创建的进程和线程被称为本地进程和本地线程
Process类代表托管进程,它实际上封装的是本地进程。,每一个托管进程都对应着一个操作系统真实的本地进程。
Thread类代表托管线程,每一个托管线程对应着一个函数(线程函数),托管线程执行的过程就是线程函数执行的过程,线程函数的代码执行完了,线程也就执行完了。
Thread类与操心系统的真实的本地线程不是一一对应的,它代表是一个“逻辑线程”,有CLR负责创建与管理。.NET Framework中另有一个ProcessThread用于表示操作系统真实的本地线程。
在操作系统中,线程直接运行于进程内部,而在.NET托管环境下,托管线程与托管进程之间还有一个中间层次——应用程序域
2.进程通信
进程通信:正在运行的进程相互交换信息。
每个进程都拥有自己的地址空间,其它进程不能直接访问。通常通过一个第三方媒介间接地在进程之间交换信息。通常有下面几种方式:
剪贴板,共享同一文件,COM,.NET4.0内存映射文件,WCF
①使用剪贴板在进程间传送对象
剪贴板是一个供应用程序使用的公共区域,在Windows上运行的所有程序在需要时都可以使用剪贴板存放的信息
剪贴板无法通知其它进程数据已经放到剪贴板上了。
②使用FileSystemWatcher实现进程同步
FileSystemWatcher是.NET提供组件,它可以监控特定的文件夹或文件,比如在此文件夹中的文件被删除或内容被改变时引发对应的事件。通过使用FileSystemWatcher组件,让多个进程同时监控一个文件,就可以让文件充当“临时的”进程间通信渠道。
③使用内存映射文件实现进程通信
原理:在内存中开辟出一块存放数据的专用区域,这区域往往与硬盘上特定的文件相对应。进程将这块内存区域映射到自己的地址空间中,访问它就像访问普通内存一样。
MemoryMappedFile对象表示一个内存映射文件,通过它的CreateFromFile根据磁盘现有文件创建内存映射文件。
MemoryMappedFile对象创建之后,并不能直接对其进行读写,必须通过MemoryMappedViewAccessor来访问创建的内存映射文件,MemoryMappedViewAccessor的Write<T>,Read<T>方法来执行读写操作。注意:T必须是值类型。之所以不能是引用类型,是因为引用类型保存在托管堆上面,计算机需要消耗性能来计算对象的大小。
如果需要保存引用类型(例如图片),可以采用序列化的方式。MemoryMappedFile类可以创建一个MemoryMappedViewStream对象,通过它可以序列化对象。如下:
//创建或打开内存映射文件 MemoryMappedFile memoryFile=MemoryMappedFile.CreateOrOpen(...); //创建内存映射流 MemoryMappedViewStream stream=memoryFile.CreateViewStream(); //创建要在进程之间交换的信息对象 MyObj=... //向内存映射流中序列化对象 IFormatter formatter=new BinaryFormatter(); stream.Seek(0,SeekOrigin.Begin); formatter.Serialize(stream,obj);
④使用WCF通过管道实现进程通信
管道(pipe):是Windows提供的一种进程间通信机制,用于在两个进程间相互传送数据。
Windows提供两种管道:
匿名管道(Anonymous Pipe):单向通信,两个通信的进程应该是父子关系,父进程在创建子进程时,负责将代表匿名管道的句柄传给子进程,子进程获得句柄后,即可接收从父进程发来的消息。
命名管道(Named Pipe):拥有在本机唯一的名字,可以用在一个服务端进程和多个客户进程同事进行单向或双向通信。命名管道支持基于消息的通信模式,这就是说,一个进程可以向另一方进程连续发送多个消息
读书笔记《.NET4.0面向对象编程漫谈》作者:金旭亮老师
本文转自Rt-张雪飞博客园博客,原文链接http://www.cnblogs.com/mszhangxuefei/p/csharp-10.html如需转载请自行联系原作者
张雪飞
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epoll简介及触发模式(accept、read、send)-epoll的简单介绍 epoll在LT和ET模式下的读写方式 一、epoll的接口非常简单,一共就三个函数:1. int epoll_create(int size);创建一个epoll的句柄,size用来告诉内核这个监听的数目一共有多大。这个参数不同于select中的第一个参数,给出最大监听的fd+1的值。需要注意的是,当创建好epoll句柄后,它就是会占用一个fd值,在linux下如果查看/proc/进程id/fd/,是能够看到这个fd的,所以在使用完epoll后,必须调用close关闭,否则可能导致fd被耗尽。2. int epoll_ctl(int epfd, int op, int fd, struct epoll_event *event);epoll的事件注册函数,它不同与select是在监听事件时告诉内核要监听什么类型的事件,而是在这里先注册要监听的事件类型。第一个参数是epoll_create的返回值,第二个参数表示动作,用三个宏来表示:EPOLL_CTL_ADD:注册新的fd到epfd中;EPOLL_CTL_MOD:修改已经注册的fd的监听事件;EPOLL_CTL_DEL:从epfd中删除一个fd;第三个参数是需要监听的fd,第四个参数是告诉内核需要监听什么事,struct epoll_event结构如下:struct epoll_event { __uint32_t events; /* Epoll events */ epoll_data_t data; /* User data variable */};events可以是以下几个宏的集合:EPOLLIN :表示对应的文件描述符可以读(包括对端SOCKET正常关闭); EPOLLIN事件:EPOLLIN事件则只有当对端有数据写入时才会触发,所以触发一次后需要不断读取所有数据直到读完EAGAIN为止。否则剩下的数据只有在下次对端有写入时才能一起取出来了。现在明白为什么说epoll必须要求异步socket了吧?如果同步socket,而且要求读完所有数据,那么最终就会在堵死在阻塞里。 EPOLLOUT:表示对应的文件描述符可以写; EPOLLOUT事件:EPOLLOUT事件只有在连接时触发一次,表示可写,其他时候想要触发,那要先准备好下面条件:1.某次write,写满了发送缓冲区,返回错误码为EAGAIN。2.对端读取了一些数据,又重新可写了,此时会触发EPOLLOUT。简单地说:EPOLLOUT事件只有在不可写到可写的转变时刻,才会触发一次,所以叫边缘触发,这叫法没错的!其实,如果真的想强制触发一次,也是有办法的,直接调用epoll_ctl重新设置一下event就可以了,event跟原来的设置一模一样都行(但必须包含EPOLLOUT),关键是重新设置,就会马上触发一次EPOLLOUT事件。1. 缓冲区由满变空.2.同时注册EPOLLIN | EPOLLOUT事件,也会触发一次EPOLLOUT事件这个两个也会触发EPOLLOUT事件 EPOLLPRI:表示对应的文件描述符有紧急的数据可读(这里应该表示有带外数据到来);EPOLLERR:表示对应的文件描述符发生错误;EPOLLHUP:表示对应的文件描述符被挂断;EPOLLET: 将EPOLL设为边缘触发(Edge Triggered)模式,这是相对于水平触发(Level Triggered)来说的。EPOLLONESHOT:只监听一次事件,当监听完这次事件之后,如果还需要继续监听这个socket的话,需要再次把这个socket加入到EPOLL队列里3. int epoll_wait(int epfd, struct epoll_event * events, int maxevents, int timeout);等待事件的产生,类似于select调用。参数events用来从内核得到事件的集合,maxevents告之内核这个events有多大,这个maxevents的值不能大于创建epoll_create时的size,参数timeout是超时时间(毫秒,0会立即返回,-1将不确定,也有说法说是永久阻塞)。该函数返回需要处理的事件数目,如返回0表示已超时。-------------------------------------------------------------------------------------------- 从man手册中,得到ET和LT的具体描述如下EPOLL事件有两种模型:Edge Triggered (ET)Level Triggered (LT)假如有这样一个例子:1. 我们已经把一个用来从管道中读取数据的文件句柄(RFD)添加到epoll描述符2. 这个时候从管道的另一端被写入了2KB的数据3. 调用epoll_wait(2),并且它会返回RFD,说明它已经准备好读取操作4. 然后我们读取了1KB的数据5. 调用epoll_wait(2)......Edge Triggered 工作模式:如果我们在第1步将RFD添加到epoll描述符的时候使用了EPOLLET标志,那么在第5步调用epoll_wait(2)之后将有可能会挂起,因为剩余的数据还存在于文件的输入缓冲区内,而且数据发出端还在等待一个针对已经发出数据的反馈信息。只有在监视的文件句柄上发生了某个事件的时候 ET 工作模式才会汇报事件。因此在第5步的时候,调用者可能会放弃等待仍在存在于文件输入缓冲区内的剩余数据。在上面的例子中,会有一个事件产生在RFD句柄上,因为在第2步执行了一个写操作,然后,事件将会在第3步被销毁。因为第4步的读取操作没有读空文件输入缓冲区内的数据,因此我们在第5步调用 epoll_wait(2)完成后,是否挂起是不确定的。epoll工作在ET模式的时候,必须使用非阻塞套接口,以避免由于一个文件句柄的阻塞读/阻塞写操作把处理多个文件描述符的任务饿死。最好以下面的方式调用ET模式的epoll接口,在后面会介绍避免可能的缺陷。 i 基于非阻塞文件句柄 ii 只有当read(2)或者write(2)返回EAGAIN时才需要挂起,等待。但这并不是说每次read时都需要循环读,直到读到产生一个EAGAIN才认为此次事件处理完成,当read返回的读到的数据长度小于请求的数据长度时,就可以确定此时缓冲中已没有数据了,也就可以认为此事读事件已处理完成。Level Triggered 工作模式相反的,以LT方式调用epoll接口的时候,它就相当于一个速度比较快的poll(2),并且无论后面的数据是否被使用,因此他们具有同样的职能。因为即使使用ET模式的epoll,在收到多个chunk的数据的时候仍然会产生多个事件。调用者可以设定EPOLLONESHOT标志,在 epoll_wait(2)收到事件后epoll会与事件关联的文件句柄从epoll描述符中禁止掉。因此当EPOLLONESHOT设定后,使用带有 EPOLL_CTL_MOD标志的epoll_ctl(2)处理文件句柄就成为调用者必须作的事情。然后详细解释ET, LT:LT(level triggered)是缺省的工作方式,并且同时支持block和no-block socket.在这种做法中,内核告诉你一个文件描述符是否就绪了,然后你可以对这个就绪的fd进行IO操作。如果你不作任何操作,内核还是会继续通知你的,所以,这种模式编程出错误可能性要小一点。传统的select/poll都是这种模型的代表.ET(edge-triggered)是高速工作方式,只支持no-block socket。在这种模式下,当描述符从未就绪变为就绪时,内核通过epoll告诉你。然后它会假设你知道文件描述符已经就绪,并且不会再为那个文件描述符发送更多的就绪通知,直到你做了某些操作导致那个文件描述符不再为就绪状态了(比如,你在发送,接收或者接收请求,或者发送接收的数据少于一定量时导致了一个EWOULDBLOCK 错误)。但是请注意,如果一直不对这个fd作IO操作(从而导致它再次变成未就绪),内核不会发送更多的通知(only once),不过在TCP协议中,ET模式的加速效用仍需要更多的benchmark确认(这句话不理解)。在许多测试中我们会看到如果没有大量的idle -connection或者dead-connection,epoll的效率并不会比select/poll高很多,但是当我们遇到大量的idle- connection(例如WAN环境中存在大量的慢速连接),就会发现epoll的效率大大高于select/poll。(未测试)另外,当使用epoll的ET模型来工作时,当产生了一个EPOLLIN事件后,读数据的时候需要考虑的是当recv返回的大小如果等于请求的大小,那么很有可能是缓冲区还有数据未读完,也意味着该次事件还没有处理完,所以还需要再次读取: 这里只是说明思路(参考《UNIX网络编程》) while(rs) {buflen = recv(activeevents[i].data.fd, buf, sizeof(buf), 0);if(buflen < 0){// 由于是非阻塞的模式,所以当errno为EAGAIN时,表示当前缓冲区已无数据可读// 在这里就当作是该次事件已处理处.if(errno == EAGAIN)break; else return; }else if(buflen == 0) { // 这里表示对端的socket已正常关闭. } if(buflen == sizeof(buf) rs = 1; // 需要再次读取 else rs = 0; } 还有,假如发送端流量大于接收端的流量(意思是epoll所在的程序读比转发的socket要快),由于是非阻塞的socket,那么send函数虽然返回,但实际缓冲区的数据并未真正发给接收端,这样不断的读和发,当缓冲区满后会产生EAGAIN错误(参考man send),同时,不理会这次请求发送的数据.所以,需要封装socket_send的函数用来处理这种情况,该函数会尽量将数据写完再返回,返回-1表示出错。在socket_send内部,当写缓冲已满(send返回-1,且errno为EAGAIN),那么会等待后再重试.这种方式并不很完美,在理论上可能会长时间的阻塞在socket_send内部,但暂没有更好的办法. ssize_t socket_send(int sockfd, const char* buffer, size_t buflen) { ssize_t tmp; size_t total = buflen; const char *p = buffer; while(1) { tmp = send(sockfd, p, total, 0); if(tmp < 0) { // 当send收到信号时,可以继续写,但这里返回-1. if(errno == EINTR) return -1; // 当socket是非阻塞时,如返回此错误,表示写缓冲队列已满, // 在这里做延时后再重试. if(errno == EAGAIN) { usleep(1000); continue; } return -1; } if((size_t)tmp == total) return buflen; total -= tmp; p += tmp; } return tmp; } 二、epoll在LT和ET模式下的读写方式 在一个非阻塞的socket上调用read/write函数, 返回EAGAIN或者EWOULDBLOCK(注: EAGAIN就是EWOULDBLOCK) 从字面上看, 意思是: * EAGAIN: 再试一次 * EWOULDBLOCK: 如果这是一个阻塞socket, 操作将被block * perror输出: Resource temporarily unavailable 总结: 这个错误表示资源暂时不够, 可能read时, 读缓冲区没有数据, 或者, write时,写缓冲区满了 。 遇到这种情况, 如果是阻塞socket, read/write就要阻塞掉。 而如果是非阻塞socket, read/write立即返回-1, 同 时errno设置为EAGAIN. 所以, 对于阻塞socket, read/write返回-1代表网络出错了. 但对于非阻塞socket, read/write返回-1不一定网络真的出错了. 可能是Resource temporarily unavailable. 这时你应该再试, 直到Resource available. 综上, 对于non-blocking的socket, 正确的读写操作为: 读: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续读 写: 忽略掉errno = EAGAIN的错误, 下次继续写 对于select和epoll的LT模式, 这种读写方式是没有问题的. 但对于epoll的ET模式, 这种方式还有漏洞. epoll的两种模式 LT 和 ET
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