操作系统：第2章 进程与线程1.pdf

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理和控制硬件资源，以及为用户提供服务。在现代操作系统中，进程和线程是实现并发执行和资源管理的关键抽象。本章主要探讨这两个概念，以及与之相关的中断、信号机制、异步并发、死锁、无限延期和处理器调度。 我们关注进程的概念。进程可以被视为一个程序在执行过程中的实例，包含程序代码、数据以及执行上下文。在多道程序设计环境中，多个进程可以同时存在于内存中，通过处理器的快速切换，给人一种并发执行的错觉。这种并发执行带来了三个重要特性： 1. **失去封闭性**：并发执行的进程共享系统资源，它们的执行进度不再独立，而是互相影响。进程间的相对执行速度取决于操作系统调度，具有不确定性。 2. **程序与计算的分离**：一个程序可以被多个用户同时调用，形成多个独立的计算过程。例如，一个编译程序的副本可能同时服务于多个用户，每个调用都对应一个不同的计算。 3. **相互制约**：并发进程在执行时会因为共享资源而相互依赖，导致执行顺序不再连续，可能出现暂停和恢复的情况。 中断和信号机制是操作系统中协调进程行为的重要手段。中断允许操作系统响应硬件事件，如硬件故障或外部输入，而信号则用于进程间通信和同步，使得进程可以在必要时通知其他进程某些事件的发生，如完成任务或请求服务。 接下来，我们讨论线程。线程是进程内的执行单元，共享进程的资源，但有自己的程序计数器、栈和局部变量。线程之间的切换比进程更快，因为它们不涉及数据空间的切换，从而提高了系统的效率。线程模型包括单线程进程和多线程进程，后者在一个进程中可以有多个并发执行的线程。 异步并发执行是现代操作系统的重要特性，允许进程和线程以非顺序的方式执行，提高了资源利用率和响应时间。然而，这也引入了死锁和无限延期的问题。死锁发生在两个或多个进程相互等待对方释放资源而无法继续执行的情况。无限延期则指进程或线程因为资源分配不当而永远等待，无法获得执行的机会。 处理器调度是操作系统核心功能之一，负责决定哪个进程或线程在什么时候获得处理器的使用权。调度策略包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度、轮转调度等，目的是优化系统性能，提高资源利用率，满足各种服务质量要求。 操作系统通过进程和线程的管理，实现了多任务的并发执行，有效地利用了处理器和其他资源。理解和掌握这些概念对于理解操作系统的运行机制和优化系统性能至关重要。同时，了解中断、信号、死锁避免以及处理器调度策略，可以帮助我们设计和维护更加高效、稳定的系统。