講解範圍:ch3 process communication、ch4 thread

1. OS第二次讀書會
2017/04/15
TA 鄭人瑋

2. Process的溝通方式
• Independent Process→獨立不受其他Process影響
• Cooperating Process→Inter-Process Communication(IPC)
a) Shared Memory
b) Message Passing
(blocking send/receive,
rendezvous)
2

3. Client-Server之間Process的傳遞(1/3)
• Socket：ip address+port=a socket
• 使用Socket是較底層有效率的，只允許傳遞字串
• 3 ways in socket：
1. Connection-Oriented(TCP)
2. Connectionless(UDP)
3. Multicast Socket(like broacast)
192.168.10.1:8080
192.168.10.1:80
3

4. Client-Server之間Process的傳遞(2/3)
• Remote Procedure Call(RPC)
• 運用在應用層的服務，將使記remote call內容包裝起來，執行起
來就像是在同一平台上直行程是一樣。
• 分散是網路服務、遠端管理、NFS檔案分享
• 詳細原理：https://www.zhihu.com/question/25536695
4

5. Client-Server之間Process的傳遞(2/3)
Client Server
Client
Program
Server
Program
Client
Stub
(Proxy)
Server
Stub
(Proxy)
Client
Call
Port Map
TCP/IP Layer
1.exactly once(match maker方式)
2.at most once(timestamp方式)
Application Layer Application Layer
upload port info.
XDR轉換(external data
representation)
→避免big/small endian
1
2
connect to
server program
search the port of
server program
3
5

6. Pipe
• 仿照硬體 pipeline 的行為，在process間開一條或數條線來放資
料
• 可以在Linux 指令或是CGI(common gateway interface)看到
• Ordinary Pipe and Named Pipe
6
read-end write-end

7. Ordinary Pipe
7
Process A
f_mode
f_pos
…
f_inode
…
f_op
Process B
f_mode
f_pos
…
f_inode
…
f_op
Pipe(類似中間的Buffer)
fd[0](write end)
fd[1](read end)
fd[0](write end)
fd[1](read end)

8. Ch4 執行緒(Thread)
8

9. Program? Process?
Thread?
9

10. Program? Process? Thread?
• Program→靜態的指令集(file)
• Process→正在執行的指令集，有被載入主記憶體的
Program(executable file)
• Thread→Process的小分身，共用Process的記憶體且自己也擁
有一個獨立的空間(Stack)可以做自己的事(e.g.多工的應用程式、
拼音檢查)
10

11. 如何Multi-programming?
• Concurrent(並發)→利用排程(Scheduling)使多個process快速處
理，感覺很像同時處理很多事情。
• Single-core中實現，Single-threaded process
11
code data stack
files register
Thread～
從排程pop out出來的Task
就由單一個Thread來處理

12. 如何Multi-programming?
• Parallelism(並行)→真的可以同時進行多個process
• 在multi-core中實現，multi-threaded process
12
code data stack1
files
register1 Thread1～
stack2 register2 Thread2～
從不同core pop out出來的task由一個
multi-threaded process接收處理

13. 如何Multi-programming?
• 假設有150份15題的考卷，由3個TA來批改
• Data Parallelism→每個助教分別改50份考卷(1~15題)
• Task Parallelism→每個助教改150份考卷分別的前、中、後5題
• Task Parallelism發揮所長，理論上效率較好，但會有溝通的問題，
所以實做上兩者速度會差不多
• 參考SIMD、MIMD架構：https://read01.com/6PJKon.html
13

14. Thread的分類
• User Thread
• 在User端使用thread library產生thread
• e.g. Pthreads, Win32 Thread, Java Thread。
• Kernel Thread
• OS自己產生的thread
• 用來處理OS各種服務(e.g. system call), daemon的使用以及處理User
Thread
• e.g. Grand Central Dispatch(GCP), Open MP, Thread Pool
14

15. Multithreading Model
• Many-to-one→多個user thread連到單個kernel thread
15

16. Multithreading Model
• One-to-one→單個user-thread連到單個kernel-thread
• 最早實現multithreading的方式，但需要限制user-thread數量
以免kernel-thread負擔太重
16

17. Multithreading Model
• Many-to-many→允許多個user-thread連到有限多個kernel-
thread。
17

18. thread的分配方式
• Thread Pool→產生一個thread queue，有需要用時從中取出一
個thread出來用，而不用因thread不夠用而中斷目前正在執行的
thread。
18

19. thread的分配方式
• Grand Central Dispatch (GCP)→Apple用來開發支援multi-
core的應用程式使用。將一個個task包在由Block所組成的
Dispatch queue裡面，再一個個丟到Thread pool去處理。
19

20. thread的分配方式
• OpenMP→實現跨平台的multithreading，主thread會先產生一
系列的子thread(fork())進行parallelism(multi-core)，結束後子
thread們將併回去主thread(join())。
20

21. Signal
• Signal handling→signal是通知特殊事件發生用的，通常由
Signal handler發出，而process接收到signal時則會用thread來
處理。
21

22. Thread的三種模式及刪除
• 欲刪除的thread稱為target thread
• state = Disabled
• target thread是不可被刪除的
• state = Defferred
• 預設值，週期性檢查target thread是否被刪掉
• state = Asynchrous
• 不管後果如何，直接刪掉target thread
22

23. Q & A
23