进程间协同：从进程启动、同步与互斥到进程间通信

进程间协同的目的

在操作系统中，进程是计算机进行任务分配和调度的基本单位。在计算机系统中，有很多任务是无法由单个进程独立完成的，需要多个进程共同参与并协作完成。这就像在现实生活中，有些工作需要一个团队来完成，而不是一个人。

具体来说，进程间协同的主要目的有以下几个：

1、提高资源的使用效率。

多个进程共享系统资源，提高资源的利用率。例如，多个进程可以共享内存、磁盘等资源。

多个进程并行处理任务，提高系统的性能。例如，一个进程在等待I/O操作完成时，其他进程可以继续执行计算任务。

2、提高可靠性。

通过进程间的协同，可以实现故障恢复和故障转移，提高系统的可靠性。例如，对于负载均衡软件，当后端的某个计算机进程出现故障时，负载均衡软件可以将请求转发到承担相同任务的其他计算机进程上，保证服务的连续性。

3、实现复杂功能。

通过进程间的协同，可以实现一些复杂的功能。例如，在Nginx中，一个"master"进程负责管理多个"worker"进程，每个"worker"进程可以处理多个并发连接。

启动进程的协同

为了更好的理解进程间协同，我们的探讨需要先从进程的启动开始。

目前有两种启动进程的方法。

一种是创建子进程。创建子进程就像是请自己的孩子帮忙，我们可以直接控制和管理子进程。

另一种是使用命令执行。使用命令执行就像是打电话叫别人来帮忙，我们可以调用系统中的任何可执行程序。

在不同的操作系统中，启动进程有不同的实现方式。

在Unix和Linux系统中，通常会组合使用fork和exec来启动一个新的程序。首先使用fork创建一个新的进程，然后在新的进程中使用exec加载新的程序。这样，新的程序可以在自己的进程中独立运行，不会影响到原来的进程。

在Windows中，如果你需要精细控制新进程的行为，或者需要获取新进程的详细信息（如进程ID、句柄等），你应该使用CreateProcess函数。如果你只是想简单地运行一个应用程序或打开一个文件，而不需要太多的控制选项，你可以使用ShellExecute函数。

在iOS中，我们使用URL Scheme来启动进程，这种方法比较独特。URL Scheme就像一个http链接，不过它是一种特殊的URL。当一个应用请求打开一个URL Scheme时，操作系统会检查这个URL Scheme是否被其他应用注册。如果被注册，那么操作系统会启动对应的应用，并将URL的参数传递给这个应用。之所以这样设计，是因为iOS更注重安全，每个应用都运行在自己的沙箱（sandbox）环境中，它们之间是相互隔离的，这样可以保证应用的安全性，防止恶意应用访问其他应用的数据。

同步与互斥

在多进程环境中，同步与互斥是非常重要的概念。同步是指多个进程在执行过程中，为了保证数据的一致性，需要各个进程按照某种顺序执行。而互斥则是指某一资源在某一时间内只能被一个进程访问。

Mutex

Mutex是一种常用的互斥手段。

Mutex的工作原理是，当一个进程需要访问某个资源时，首先尝试获取Mutex，如果Mutex已经被其他进程获取，则该进程需要等待；如果Mutex没有被其他进程获取，则该进程可以获取Mutex并访问资源。当该进程访问完资源后，需要释放Mutex，以便其他进程可以获取Mutex并访问资源。

这就像是一个房间（共享资源）只能有一个人（进程）在里面，其他人必须等待，当这个人离开后，其他人才能进去。

在Windows系统中，互斥通过Name实现。每个互斥对象都有一个唯一的名称，通过这个名称，不同的进程可以访问到同一个互斥对象。当一个进程需要访问一个共享资源时，它首先需要通过操作系统内核请求获得互斥对象。如果互斥对象当前没有被其他进程拥有，那么这个进程就会获得互斥对象，并可以访问共享资源。如果互斥对象已经被其他进程拥有，那么这个进程就需要等待，直到互斥对象被释放。

在Linux系统中，则是直接通过共享内存实现。不同的进程可以通过映射同一段共享内存来实现通信。互斥对象可以存储在这段共享内存中，通过修改和检查互斥对象的状态，不同的进程可以协调对共享资源的访问。这种方式比较复杂，但是效率较高，因为进程之间不需要通过操作系统来传递消息。

在iOS系统中，通过Path实现。这主要是因为iOS系统对应用的沙盒限制，不同的应用无法直接共享内存，所以需要使用文件系统作为中介。当一个应用需要访问一个共享资源时，它会在文件系统中创建一个锁文件，这个锁文件的路径就代表了互斥对象。其他的应用在访问共享资源之前，需要检查这个锁文件是否存在，如果存在就需要等待，直到锁文件被删除。