基于minix的進(jìn)程間通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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1、萬(wàn)方數(shù)據(jù)2010年第19卷第7期計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用基于Minix的進(jìn)程間通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)①陸冠群胡光涂時(shí)亮(復(fù)旦大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院上海200433)摘要：進(jìn)程間通信作為操作系統(tǒng)中最重要的原語(yǔ)之一，提供了在多個(gè)隔離的進(jìn)程之間相互通信交流的可能性．提出了一種適用于微內(nèi)核操作系統(tǒng)的進(jìn)程間通信系統(tǒng)。并在具體的Minix操作系統(tǒng)平臺(tái)之上予以實(shí)現(xiàn)，解決了Minix系統(tǒng)中由于進(jìn)程間通信模塊的缺失而導(dǎo)致開發(fā)人員無(wú)法順利移植其他平臺(tái)的實(shí)用程序的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該進(jìn)程間通信系統(tǒng)具有高效的特點(diǎn)；同時(shí)由于該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，它

2、保持著易擴(kuò)展的特點(diǎn)。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)雖然是基于Minix平臺(tái)，但該設(shè)計(jì)同樣適用于其他微內(nèi)核的系統(tǒng)。對(duì)其他操作系統(tǒng)具有借鑒意義。關(guān)鍵詞：進(jìn)程間通信：共享內(nèi)存：信號(hào)量；同步：虛擬內(nèi)存：操作系統(tǒng)：Minix；微內(nèi)核DesignandImplementationofInter-ProcessCommunicationonMinixLUGuan-Qun，HUGuang，TUShi—Liang(SchoolofComputerScienceandEngineering,FudanUniversity,Shanghai20043

3、3，China)Abstract：Inter-processcommunication(iPc)，asoneofthemostimportantprimitivesintheoperatingsystem，providesthepossibilityofexchangingdatawithseveraldifferentprocesses．Thispaperproposesanewdesignoftheinter-processcommunicationsystem．Andthissystemisimpleme

4、ntedonMinixoperatingsystemwhichlacksthesupportofIPCbefore．Withtheimplementation,iteasesthedevelopers’portinganddevelopingusefulprogramsbasedonthisfeature．Itisextensibleandefficient舔seenfromtheexperiment．Thedesignofthisinter-processcommunicationsystemCallbest

5、udiedforotheroperatingsystem．Keywords：inter-processcommunication；sharedmemory；semaphore；synchronization；virtualmemory；operatingsys·tem：Minix；micro-kernel進(jìn)程間通信作為操作系統(tǒng)中最重要的原語(yǔ)之一，提供了在多個(gè)隔離的進(jìn)程之間進(jìn)行通信交流的可能性。Minix3作為一個(gè)正在快速發(fā)展中的微內(nèi)核操作系統(tǒng)，十分遺憾地尚缺乏符合POSlX標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程間通信系統(tǒng)。該功能的缺乏直接

6、導(dǎo)致了某些重要的應(yīng)用程序(比如PostgreSQL)無(wú)法成功地移植到Minix3平臺(tái)中，另外使得在該平臺(tái)上開發(fā)多進(jìn)程合作的程序變得異常復(fù)雜。本文的項(xiàng)目基于與阿姆斯特丹的vrije大學(xué)合作，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于Minix3操作系統(tǒng)且完全符合POSIX標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)程間通信系統(tǒng)。本文立足于進(jìn)程間通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，同時(shí)①收稿時(shí)間：2009-11-06；收到修改稿時(shí)間：2009-12-19展示了如何在微內(nèi)核的架構(gòu)上實(shí)現(xiàn)具有良好語(yǔ)義規(guī)范的進(jìn)程問(wèn)通信系統(tǒng)，并且比較了微內(nèi)核與宏內(nèi)核在實(shí)，現(xiàn)同樣功能上的差異。主要的研究意義基于下面幾點(diǎn)

7、：(1)研究如何高效實(shí)現(xiàn)基于微內(nèi)核的進(jìn)程間通信。(2)研究如何有效利用微內(nèi)核的安全機(jī)制來(lái)保障進(jìn)程間通信的安全。(3)研究進(jìn)程間通信所能夠解決的諸多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。通過(guò)本文所闡述的工作，基于本文開發(fā)的所有代碼以及相應(yīng)移植程序都已經(jīng)成功進(jìn)入到Minix3系統(tǒng)的主干代碼倉(cāng)庫(kù)。本文的結(jié)構(gòu)組織如下：在第一部分中，將對(duì)Minix系統(tǒng)做相應(yīng)的背景介紹：在第二部分中，將詳細(xì)闡述萬(wàn)方數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用2010年第19卷第7期所提出的進(jìn)程問(wèn)通信系統(tǒng)的總體架構(gòu)，并在接下來(lái)的篇幅中分別對(duì)共享內(nèi)存模塊以及信號(hào)量集模塊的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行描述；在第

8、三部分中，則會(huì)通過(guò)實(shí)例分析對(duì)該系統(tǒng)做進(jìn)一步的驗(yàn)證。最后一部分進(jìn)行總結(jié)并簡(jiǎn)述進(jìn)一步可研究的方向。1Minix背景介紹Minix系統(tǒng)是由Vrije大學(xué)的AndrewTanen-baum領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)的一個(gè)操作系統(tǒng)。追根溯源，Minix系統(tǒng)在二十多年前就開始了它的雛形，曾經(jīng)還有過(guò)Minix的開發(fā)者和Linux的開發(fā)者之間關(guān)于微內(nèi)核與宏內(nèi)核優(yōu)劣的激烈論戰(zhàn)?，F(xiàn)在Minix已經(jīng)開發(fā)至第三代。Minix3