操作系统中的进程与线程详解

"操作系统第二章进程与线程.pdf" 操作系统中的进程和线程是系统管理资源和执行任务的核心概念。进程是程序在计算机中执行的一个实例，它包含了程序的执行上下文，包括程序代码、数据以及相关的状态信息。在操作系统中，进程被视为独立的执行单元，拥有自己的内存空间，这使得各个进程之间的数据是隔离的，一个进程不能直接访问另一个进程的数据。 进程实体由三个主要部分组成：进程控制块（PCB）、程序段和数据段。PCB是进程存在的标志，它存储了关于进程状态、资源分配、调度信息等关键数据。当进程被创建时，操作系统会为它创建一个独一无二的PCB。程序段包含可执行代码，而数据段则存储程序运行所需的数据。 进程具有四个基本特征：动态性、并发性、独立性和异步性。动态性指的是进程的状态可以随着时间的推移而变化；并发性意味着多个进程可以在同一时间段内交替执行，尽管在单处理器系统中看起来是并行的；独立性是指每个进程都有自己的资源，如内存空间；异步性表示进程的执行顺序是不确定的，取决于系统调度。 进程的状态包括创建态、就绪态、运行态和阻塞态。创建态是进程刚刚被创建但还未准备好执行的状态；就绪态是进程已准备就绪，等待CPU资源；运行态是进程正在CPU上执行；阻塞态则是进程因等待某些事件或资源而暂停执行的状态。在多核CPU系统中，可能存在多个进程同时处于运行态。 进程间的转换通常由操作系统控制。例如，运行态到阻塞态是进程主动放弃CPU资源的结果，如等待I/O操作；阻塞态到就绪态则是因为等待的事件已完成或资源已分配；运行态到就绪态可能是因为时间片用完或被更高优先级的进程抢占。 进程的创建和终止是操作系统的重要功能。创建原语用于新建一个进程，包括分配PCB、分配资源、初始化PCB并将其插入就绪队列。进程的终止，或者叫撤销，涉及释放所有资源、结束子进程及删除PCB。进程可以因正常结束、异常、用户干预等原因终止。 进程的阻塞和唤醒通过阻塞原语和唤醒原语来实现。一个进程在执行阻塞原语后进入阻塞态，等待特定事件；当事件发生，操作系统使用唤醒原语将进程从阻塞态转回就绪态，以便再次竞争CPU。 此外，进程组织方式包括链接方式和索引方式，它们便于操作系统管理和查找进程。进程控制涉及到一系列原语操作，如创建、终止、阻塞和唤醒，这些操作确保了系统的有效调度和资源的合理分配。