操作系统原理与应用：进程管理与内存分配

# 1. 操作系统概述

## 1.1 操作系统的基本概念

操作系统（Operating System，简称OS）是一种系统软件，负责管理计算机硬件资源和提供各种服务，为用户和应用程序提供一个简单、方便、安全的工作环境。操作系统是计算机系统中最基本的软件，是计算机系统中核心的一部分。

## 1.2 操作系统的功能与特点

操作系统的主要功能包括进程管理、内存管理、文件系统管理、设备驱动管理、用户界面和网络支持等。操作系统的特点包括并发性、共享性、虚拟性和异步性等。

## 1.3 操作系统的发展历程

早期的计算机系统并没有操作系统，随着计算机技术的发展，操作系统也在不断演进。从最初的批处理系统、分时系统，到现代的多用户多任务操作系统和实时操作系统，操作系统在不断地满足计算机系统对功能和性能的需求，也在逐步适应新技术的发展和变化。

# 2. 进程管理

### 2.1 进程的定义与特点
进程是程序执行的实例，它具有独立性、并发性和异步性的特点。每个进程都有自己的地址空间、程序计数器、寄存器集合和栈。

### 2.2 进程的状态与转换
进程在执行过程中会经历就绪、运行、阻塞等不同状态，并在这些状态间转换。这些状态转换是由进程自身的行为、操作系统的调度和外部事件触发的。

### 2.3 进程的调度与协作
操作系统通过进程调度算法来决定哪个进程在何时执行，以及在多进程协作时如何保证进程之间的合作与协调。常见的调度算法包括先来先服务、短作业优先、最高响应比优先等。

# 3. 进程同步与通信

进程同步与通信是操作系统中非常重要的概念，特别是在多进程或多线程的情况下。在这一章中，我们将深入探讨进程的同步与通信的相关内容，包括进程的同步与互斥、进程间通信的方式以及进程通信的实际应用。

#### 3.1 进程的同步与互斥

在多进程或多线程的环境中，进程之间的执行是并发的，可能会导致竞争条件（Race Condition）的发生。为了避免竞争条件带来的问题，需要进行进程的同步与互斥操作。

**示例代码（Python）：**

import threading

# 创建一个锁对象
lock = threading.Lock()
counter = 0

def increase_counter():
    global counter
    # 获取锁
    lock.acquire()
    try:
        counter