Giáo trình Hệ điều hành - Chương 3: Quá trình - Nguyễn Phú Trường

 chúng phải gởi các thông điệp tới và 
nhận thông điệp từ với nhau; một liên kết giao tiếp phải tồn tại giữa chúng. Liên kết 
này có thể được cài đặt trong những cách khác nhau. Ở đây chúng ta quan tâm đến cài 
đặt luận lý hơn là cài đặt vật lý. Có vài phương pháp cài đặt một liên kết và các hoạt 
động send/receive: 
• Giao tiếp trực tiếp hay gián tiếp 
• Giao tiếp đối xứng hay bất đối xứng 
• Gởi bằng bản sao hay tham chiếu 
• Thông điệp có kích thước cố định hay thay đổi 
VI.2 Đặt tên 
Các quá trình muốn giao tiếp phải có cách tham chiếu với nhau. Chúng có thể 
dùng giao tiếp trực tiếp hay gián tiếp. 
VI.2.1 Giao tiếp trực tiếp 
Với giao tiếp trực tiếp, mỗi quá trình muốn giao tiếp phải đặt tên rõ ràng người 
gởi và người nhận của giao tiếp. Trong cơ chế này, các hàm cơ sở send và receive 
được định nghĩa như sau: 
• Send(P, message): gởi một thông điệp tới quá trình P 
• Receive(Q, message): nhận một thông điệp từ quá trình Q 
Một liên kết giao tiếp trong cơ chế này có những thuộc tính sau: 
• Một liên kết được thiết lập tự động giữa mỗi cặp quá trình muốn giao tiếp. 
Các quá trình cần biết định danh của nhau khi giao tiếp. 
• Một liên kết được nối kết với chính xác hai quá trình 
• Chính xác một liên kết tồn tại giữa mỗi cặp quá trình. 
Biên soạn: Th.s Nguyễn Phú Trường - 09/2005 Trang 49
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Hệ Điều Hành – V1.0 
Cơ chế này hiển thị tính đối xứng trong việc đánh địa chỉ: nghĩa là, cả hai quá 
trình gởi và nhận phải biết tên nhau để giao tiếp. Một thay đổi trong cơ chế này thực 
hiện tính bất đối xứng trong việc đánh địa chỉ. Chỉ người gởi biết tên của người nhận; 
người nhận không yêu cầu tên của người gởi. Trong cơ chế này các hàm cơ sở được 
định nghĩa như sau: 
o Send(P, message): gởi một thông điệp tới quá trình P 
o Receive(id, message): nhận một thông điệp từ bất kỳ quá trình 
nào; id khác nhau được đặt tên của quá trình mà giao tiếp xảy ra. 
Sự bất lợi trong cả hai cơ chế đối xứng và không đối xứng là tính điều chỉnh 
của việc định nghĩa quá trình bị giới hạn. Thay đổi tên của một quá trình có thể cần 
xem xét tất cả định nghĩa quá trình khác. Tất cả tham chiếu tới tên cũ phải được tìm 
thấy để mà chúng có thể được thay đổi thành tên mới. Trường hợp này là không mong 
muốn từ quan điểm biên dịch riêng. 
VI.2.2 Giao tiếp gián tiếp 
Với giao tiếp gián tiếp, một thông điệp được gởi tới và nhận từ các hộp thư 
(mailboxes), hay cổng (ports). Một hộp thư có thể được hiển thị trừu tượng như một 
đối tượng trong đó các thông điệp có thể được đặt bởi các quá trình và sau đó các 
thông điệp này có thể được xóa đi. Mỗi hộp thư có một định danh duy nhất. Trong cơ 
chế này, một quá trình có thể giao tiếp với một vài quá trình khác bằng một số hộp thư 
khác nhau. Hai quá trình có thể giao tiếp chỉ nếu chúng chia sẻ cùng một hộp thư. 
Hàm cơ sở send và receive được định nghĩa như sau: 
• Send(A, message): gởi một thông điệp tới hộp thư A. 
• Receive(A, message): nhận một thông điệp từ hộp thư A. 
Trong cơ chế này, một liên kết giao tiếp có các thuộc tính sau: 
• Một liên kết được thiết lập giữa một cặp quá trình chỉ nếu cả hai thành 
viên của cặp có một hộp thư được chia sẻ. 
• Một liên kết có thể được nối kết với nhiều hơn hai quá trình. 
• Số các liên kết khác nhau có thể tồn tại giữa mỗi cặp quá trình giao tiếp 
với mỗi liên kết tương ứng với một hộp thư 
Giả sử các quá trình P1, P2 và P3 chia sẻ một hộp thư A. Quá trình P1 gởi một thông 
điệp tới A trong khi P2 và P3 thực thi việc nhận từ A. Quá trình nào sẽ nhận thông 
điệp được gởi bởi P1? Câu trả lời phụ thuộc cơ chế mà chúng ta chọn: 
• Cho phép một liên kết được nối kết với nhiều nhất hai quá trình 
• Cho phép nhiều nhất một quá trình tại một thời điểm thực thi thao tác 
nhận. 
• Cho phép hệ thống chọn bất kỳ quá trình nào sẽ nhận thông điệp (nghĩa là, 
hoặc P1 hoặc P3 nhưng không phải cả hai sẽ nhận thông điệp). Hệ thống 
này có thể xác định người nhận tới người gởi. 
Một hộp thư có thể được sở hữu bởi một quá trình hay bởi hệ điều hành. Nếu hộp thư 
được sở hữu bởi một quá trình (nghĩa là, hộp thư là một phần không gian địa chỉ của 
quá trình), sau đó chúng ta phân biệt giữa người sở hữu (người chỉ nhận thông điệp 
thông qua hộp thư này) và người dùng (người có thể chỉ gởi thông điệp tới hộp thư). 
Biên soạn: Th.s Nguyễn Phú Trường - 09/2005 Trang 50
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Hệ Điều Hành – V1.0 
Vì mỗi hộp thư có một người sở hữu duy nhất nên không có sự lẫn lộn về người nhận 
thông điệp được gởi tới hộp thư này. Khi một quá trình sở hữu một hộp thư kết thúc, 
hộp thư biến mất. Sau đó, bất kỳ quá trình nào gởi thông điệp tới hộp thư này được 
thông báo rằng hộp thư không còn tồn tại nữa. 
Ngoài ra, một hộp thư được sở hữu bởi hệ điều hành độc lập và không được gán 
tới bất kỳ quá trình xác định nào. Sau đó, hệ điều hành phải cung cấp một cơ chế cho 
phép một quá trình thực hiện như sau: 
• Tạo một hộp thư mới 
• Gởi và nhận các thông điệp thông qua hộp thư 
• Xóa hộp thư 
Mặc định, quá trình tạo hộp thư mới là người sở hữu hộp thư đó. Ban đầu, 
người sở hữu chỉ là một quá trình có thể nhận thông điệp thông qua hộp thư. Tuy 
nhiên, việc sở hữu và quyền nhận thông điệp có thể được chuyển tới các quá trình 
khác thông qua lời gọi hệ thống hợp lý. Dĩ nhiên, sự cung cấp này có thể dẫn đến 
nhiều người nhận cho mỗi hộp thư. 
VI.2.3 Đồng bộ hóa 
Giao tiếp giữa hai quá trình xảy ra bởi lời gọi hàm cơ sở send và receive. Có các tùy 
chọn thiết kế khác nhau cho việc cài đặt mỗi hàm cơ sở. Truyền thông điệp có thể là 
nghẽn (block) hay không nghẽn (nonblocking)-cũng được xem như đồng bộ và bất 
đồng bộ. 
• Hàm send nghẽn: quá trình gởi bị nghẽn cho đến khi thông điệp được 
nhận bởi quá trình nhận hay bởi hộp thư. 
• Hàm send không nghẽn: quá trình gởi gởi thông điệp và thực hiện tiếp 
hoạt động 
• Hàm receive nghẽn: người nhận nghẽn cho đến khi thông điệp sẳn dùng 
• Hàm receive không nghẽn: người nhận nhận lại một thông điệp hợp lệ 
hay rỗng 
• 
Sự kết hợp khác nhau giữa send và receive là có thể. Khi cả hai send và receive là 
nghẽn chúng ta có sự thống nhất giữa người gởi và người nhận. 
VI.2.4 Tạo vùng đệm 
Dù giao tiếp có thể là trực tiếp hay gián tiếp, các thông điệp được chuyển đổi bởi 
các quá trình giao tiếp thường trú trong một hàng đợt tạm thời. Về cơ bản, một hàng 
đợi như thế có thể được cài đặt trong ba cách: 
• Khả năng chứa là 0 (zero capacity): hàng đợi có chiều dài tối đa là 0; 
do đó liên kết không thể có bất kỳ thông điệp nào chờ trong nó. Trong 
trường hợp này, người gởi phải nghẽn cho tới khi người nhận nhận 
thông điệp. 
• Khả năng chứa có giới hạn (bounded capacity): hàng đợi có chiều dài 
giới hạn n; do đó, nhiều nhất n thông điệp có thể thường trú trong nó. 
Nếu hàng đợi không đầy khi một thông điệp mới được gởi, sau đó nó 
được đặt trong hàng đợi (thông điệp được chép hay một con trỏ thông 
điệp được giữ) và người gởi có thể tiếp tục thực thi không phải chờ. 
Biên soạn: Th.s Nguyễn Phú Trường - 09/2005 Trang 51
Đại Học Cần Thơ - Khoa Công Nghệ Thông Tin - Giáo Trình Hệ Điều Hành – V1.0 
Tuy nhiên, liên kết có khả năng chứa giới hạn. Nếu một liên kết đầy, 
người gởi phải nghẽn cho tới khi không gian là sẳn dùng trong hàng 
đợi 
• Khả năng chứa không giới hạn (unbounded capacity): Hàng đợi có 
khả năng có chiều dài không giới hạn; do đó số lượng thông điệp bất 
kỳ có thể chờ trong nó. Người gởi không bao giờ nghẽn. 
Trường hợp khả năng chứa là 0 thường được xem như hệ thống thông điệp 
không có vùng đệm; hai trường hợp còn lại được xem như vùng đệm tự động. 
VII Tóm tắt 
Quá trình là một chương trình đang thực thi. Khi một quá trình thực thi, nó thay 
đổi trạng thái. Trạng thái của một quá trình được định nghĩa bởi một hoạt động hiện 
tại của quá trình đó. Mỗi quá trình có thể ở một trong những trạng thái sau: mới 
(new), sẳn sàng (ready), đang chạy (running), chờ (waiting), hay kết thúc 
(terminated). Mỗi quá trình được biểu diễn trong hệ điều hành bởi khối điều khiển quá 
trình của chính nó (PCB). 
Một quá trình khi không thưc thi, được đặt vào hàng đợi. Hai cấp chủ yếu của 
hàng đợi trong hệ điều hành là hàng đợi yêu cầu nhập/xuất và hàng đợi sẳn sàng. 
Hàng đợi sẳn sàng chứa tất cả quá trình sẳn sàng để thực thi và đang chờ CPU. Mỗi 
quá trình được biểu diễn bởi một PCB và các PCB có thể được liên kết với nhau để 
hình thành một hàng đợi sẳn sàng. Định thời biểu dài (long-term scheduling) (hay 
định thời biểu công việc) là chọn các quá trình được phép cạnh tranh CPU. Thông 
thường, định thời biểu dài bị ảnh hưởng nặng nề bởi việc xem xét cấp phát tài nguyên, 
đặc biệt quản lý bộ nhớ. Định thời ngắn (short-term scheduling) là sự chọn lựa một 
quá trình từ các hàng đợi sẳn sàng. 
Các quá trình trong hệ thống có thể thực thi đồng hành. Có nhiều lý do các thực 
thi đồng hành: chia sẻ thông tin, tăng tốc độ tính toán, hiệu chỉnh và tiện dụng. Thực 
thi đồng hành yêu cầu cơ chế cho việc tạo và xóa quá trình. 
Quá trình thực thi trong hệ điều hành có thể là các quá trình độc lập hay các quá 
trình hợp tác. Các quá trình hợp tác phải có phương tiện giao tiếp với nhau. Chủ yếu, 
có hai cơ chế giao tiếp bổ sung cho nhau cùng tồn tại: chia sẻ bộ nhớ và hệ thống 
truyền thông điệp. Phương pháp chia sẻ bộ nhớ yêu cầu các quá trình giao tiếp chia sẻ 
một số biến. Các quá trình được mong đợi trao đổi thông tin thông qua việc sử dụng 
các biến dùng chung này. Trong hệ thống bộ nhớ được chia sẻ, nhiệm vụ cho việc 
cung cấp giao tiếp tách rời với người lập trình ứng dụng; chỉ hệ điều hành cung cấp hệ 
thống bộ nhớ được chia sẻ. Phương pháp truyền thông điệp cho phép các quá trình 
trong đổi thông điệp. Nhiệm vụ cung cấp giao tiếp có thể tách rời với hệ điều hành. 
Hai cơ chế này không loại trừ hỗ tương và có thể được dùng cùng một lúc trong phạm 
vi một hệ điều hành. 
Biên soạn: Th.s Nguyễn Phú Trường - 09/2005 Trang 52