操作系统中的进程与线程

"03_Processes and Threads - Fudan University OS Course AY2014" 在操作系统（Operating System）的课程中，" Processes and Threads "是计算机科学的基础概念，这是复旦大学2014学年COMP130110.01课程的核心主题之一，由Liang ZHANG教授主讲。本部分的内容主要围绕进程和线程的理论与实践展开，旨在帮助学生理解和掌握这两个核心概念。 进程（Processes） 1. 定义与概念：进程是操作系统中一个正在执行的程序实例，拥有自己的内存空间和系统资源，是操作系统进行资源分配的基本单位。 2. 特性：进程有其生命周期，包括创建、执行、等待、就绪和终止等阶段。在执行过程中，操作系统通过调度算法决定进程的执行顺序，并管理进程间的通信和同步。 3. 协调机制：调度器（Dispatcher）负责进程的切换，确保系统的公平性和效率，同时处理进程间的交互和竞争条件。 4. 开销：尽管进程提供了资源隔离和保护，但进程间的切换带来了额外的开销，包括上下文切换和内存管理。 线程（Threads） 1. 基本单元：线程是CPU调度的基本单元，是进程内的一个执行流，共享进程的资源，减少了创建和销毁的开销。 2. 多线程：在多线程系统中，一个进程可以包含多个并发执行的线程，提高了处理器的利用率和程序的响应速度。 3. 实现方式：操作系统可以支持用户级线程和内核级线程，或者两者的混合模型。不同的实现方式对线程的创建、同步和调度有不同的影响。 4. 并发风险：虽然多线程提供了并行执行的能力，但也引入了数据竞争、死锁等问题，需要通过同步机制如互斥锁、信号量等来解决。 观察与洞察 1. 可暂停与恢复：程序的执行可以在任何时刻暂停，并在之后恢复，这涉及到进程的挂起和唤醒机制。 2. 调度者的作用：调度者是操作系统的关键组件，它决定了哪些进程或线程应该获得CPU时间片，以及何时进行切换。 3. 跟踪执行：操作系统需要一套机制来跟踪每个进程的状态，包括其内存映射、上下文信息、资源分配等，以保证系统的正确运行。 "Processes and Threads"这一主题涵盖了操作系统中进程的基本概念、线程的重要性，以及它们在实际系统中的运作机制和挑战。通过对这些知识的理解，学生将能够深入理解操作系统如何管理和控制计算资源，以及如何设计和分析多任务和多线程的软件系统。