门| GATE CS 1997 |第69章

本题为1997年的GATE CS考试的第69章，考察的是计算机网络和操作系统相关的知识点。

题目描述

假设有两个进程$P1$和$P2$。其中$P1$创建了一个子进程$P3$，$P2$创建了一个子进程$P4$。现在，$P1$和$P2$需要进行进程间通信。假设每个进程都支持下面三个方法之一:

• send (message, receiver)：将一个消息发送给指定的进程
• receive ()：接收当前进程的消息
• acknowledge (sender)：向指定进程发送一个确认消息

其中，$send$方法和$acknowledge$方法都会阻塞进程直到消息被成功发送或确认。

现在要你设计一个算法，使得$P1$和$P2$能够通过它们的子进程$P3$和$P4$进行通信。要求：

• 任意一个进程发出消息之后，都必须等待确认消息才能继续执行。
• 如果一个进程发出消息之后一段时间内没有收到对方的确认消息，它可以再次发送消息。

解析

本题考察进程间通信的知识。要求所有进程之间必须通过子进程进行通信，并且对于每个消息都需要等待确认，这涉及到消息的可靠传输问题。同时，要求如果一个进程发出消息没有收到确认，需要进行重发。这涉及到超时和重传机制。

一种比较简单的实现方式是，让每个进程都创建一个消息队列，用于存储所有待发送的消息和接收到的消息。在每个进程中开启一个循环，用于监听自己的消息队列：

while True:
    # 检查是否有要发送的消息
    if len(send_queue) > 0:
        message, receiver = send_queue[0] # 获取队首消息
        if checkpoint(receiver) == True: # 判断接收方是否处于可用状态
            send(message, receiver) # 发送消息
            send_queue.pop(0) # 从队列中删除已发送的消息

    # 检查是否有收到的消息
    if len(receive_queue) > 0:
         sender, message = receive_queue[0] # 获取队首消息
         acknowledge(sender) # 发送一个确认消息
         receive_queue.pop(0) # 从队列中删除已确认的消息

其中，$send_queue$和$receive_queue$分别是存储发送消息和接收消息的队列。函数$send(message, receiver)$和$acknowledge(sender)$分别用于向指定的进程发送消息和确认消息。函数$checkpoint(receiver)$用于检查指定进程是否处于可用状态，如果对方进程已经退出，则返回$False$，否则返回$True$。

为了实现超时和重传机制，可以在每个消息中增加一个时间戳，表示消息发送的时间。在每个进程中还开启一个定时器，用于定时检查是否有超时的消息需要重发：

while True:
    # 检查是否有超时的消息需要重发
    for i in range(len(send_queue)):
        message, receiver, timestamp = send_queue[i] # 获取消息
        if time.time() - timestamp > TIMEOUT: # 判断是否超时
            send_queue[i] = (message, receiver, time.time()) # 更新时间戳
            break # 退出循环处理下一个消息

其中，$TIMEOUT$是一个常量，表示超时时间（比如5秒）。如果发现有超时的消息，就更新时间戳，然后break掉内层循环，处理下一个消息。

以上就是这道题的一个简单实现。对于进程间通信和可靠传输的知识点比较重要，对于超时和重传机制的实现也需要注意。