31、进程与操作系统：通信、性能评估及电源管理

进程与操作系统：通信、性能评估及电源管理

1. 进程通信机制

在进程间通信方面，主要有阻塞和非阻塞两种通信方式。阻塞通信在发送后，进程会进入等待状态，直至收到响应；非阻塞通信则允许进程在发送后继续执行。这两种方式都有其用途。

进程间通信主要有共享内存和消息传递两种风格，它们在逻辑上是等价的，但在不同场景下各有优势。

1.1 共享内存通信

共享内存通信在基于总线的系统中，像CPU和I/O设备等组件可通过共享内存位置进行通信。例如在图6.14所示的系统中，CPU软件知晓共享位置地址，该位置也被加载到I/O设备的相应寄存器。若CPU要向设备发送数据，就写入共享位置，I/O设备再从该位置读取数据，读写操作可封装在程序接口中。

以文本压缩器为例，输入数据速率恒定易管理，输出数据消耗速率可变，因此需要弹性缓冲区。CPU和输出UART共享一个内存区域，CPU将压缩字符写入缓冲区，UART按需取出以填充串行线。由于缓冲区的比特数不断变化，压缩和传输过程需要额外的大小信息。在此情况下，协调相对简单，CPU在缓冲区一端写入，UART在另一端读取，关键是要确保UART不会溢出缓冲区。

为避免数据冲突，需使用一个标志来告知CPU I/O设备的数据是否准备好。若该标志仅由CPU使用，可通过标准内存写入操作实现；若用于CPU和I/O设备的双向信号传递，则需注意。可能会出现临界时序竞争问题，如CPU和I/O设备同时读取标志为0，然后CPU设置标志为1并写入数据，I/O设备却错误地再次设置标志为1并覆盖CPU写入的数据。为避免此类问题，微处理器总线需支持原子测试并设置操作。

原子测试并设置操作先读取一个位置，再将其设置为指定值，