并发编程基础：进程、线程与同步

本文主要介绍了进程与并发程序设计的基础概念，包括进程的同步、互斥、并发与并行的区别，以及处理机分配、进程控制、线程和作业等相关内容。 在计算机系统中，进程是程序在执行过程中的一个实例，具有独立的内存空间和资源。进程管理是操作系统的核心功能之一，它涉及到进程的创建、销毁、调度以及它们之间的交互。进程同步是指在多进程中，各进程按照一定的顺序或约定协同工作，确保数据的一致性和正确性。例如，在编辑文档、QQ聊天、网上浏览和听音乐等并发活动中，操作系统通过进程同步机制保证这些任务的有序进行。 互斥则关注于对临界资源的访问，当一个进程正在使用某个资源时，其他试图访问该资源的进程必须等待，直到资源释放。这是为了避免数据的不一致性。比如，两个进程同时尝试修改同一份文档，互斥机制可以防止这种情况发生。 并发与并行是两个经常混淆的概念。并行执行是指多个程序在同一时间度量内同时在不同的处理器上运行，而并发执行则更强调在一段时间内，多个活动看似同时进行，这通常是通过时间片轮转的方式在单个处理机上模拟实现的。例如，操作系统通过快速切换进程状态，让每个进程都有机会占用CPU，从而达到并发的效果。 处理机分配是操作系统的关键任务，它需要为进程分配CPU时间，如通过时间片轮转算法来公平地让各个进程运行。此外，还需要根据系统目标和优先级选择运行的进程，并处理中断事件。 进程的基本状态包括运行状态（进程正在使用CPU）、就绪状态（进程等待CPU但已准备好运行）和阻塞状态（进程等待某个事件，如I/O操作完成）。操作系统通过进程控制块（PCB）来存储进程的状态、调度信息和其他必要的数据。 作业是用户提交给系统的任务，它可以由多个作业步组成，每个作业步对应一个程序和其所需的数据。作业控制块（JCB）则保存了作业的相关信息，用于作业的管理和调度。操作系统将待执行的程序作为作业载入内存，进行相应的处理。 线程是进程内的执行单元，轻量级的进程，它们共享进程的资源，可以实现更高效率的并发执行。线程的引入简化了同步和通信，提高了系统的并行性和响应速度。 总结来说，进程与并发程序设计涵盖了操作系统如何管理多个执行单元，实现资源的有效利用和任务的协调，以及处理机分配、进程状态转换、同步和互斥控制等方面的知识。理解这些概念对于理解和设计高效的多任务系统至关重要。