多道程序设计：并发性与制约性解析

"多道程序设计环境下的程序特点-经济学课件" 在多道程序设计环境下，程序的特点显著区别于单道程序设计。首先，执行的并发性是多道程序设计的核心特征。宏观上看，多个程序同时存在于内存中，并按照各自独立的执行路径推进。然而，从微观角度看，CPU实际上是在不同时间点快速切换执行不同的程序，这种交替执行使得用户感觉多个程序同时在运行，但实际上是通过时间片轮转的方式实现了并发。这一特点打破了传统程序对处理机的独占性，提高了系统资源的利用率。 其次，多道程序设计环境中的程序存在相互制约性。由于多个程序共享系统资源，它们之间的执行会互相影响。制约关系可分为两类：间接制约和直接制约。间接制约通常指程序间的资源竞争，如多个程序同时需要使用同一打印机；直接制约则涉及程序间的交互，如一个程序的结果是另一个程序的输入。这些制约因素增加了系统复杂性，但同时也提供了更灵活的系统行为。 多道程序设计的定义是允许多个程序同时进入主存储器并运行，以提升处理器的效率，进而提高整个系统的效率。其主要目的是通过任务调度和资源分配，使得处理机能够尽可能地保持忙碌状态，减少空闲时间，从而提高整体系统性能。 在实现多道程序设计的过程中，处理机管理扮演了关键角色。这包括进程描述与控制，如通过进程控制块（PCB）来记录和管理进程的状态和信息；进程调度，决定哪个进程在何时获取CPU执行；互斥与同步机制，用于确保对共享资源的正确访问；以及死锁和饥饿的预防和解决，以防止系统陷入无法继续执行的状态。此外，进程通信是多道程序设计中的另一个重要概念，允许进程之间交换信息，协作完成任务。 本章还涵盖了进程和线程的相关概念。进程作为系统中独立的执行单元，具有自己的地址空间和资源。线程是进程内的执行单元，它们共享进程的资源，但拥有独立的执行路径和局部变量。线程的引入减少了上下文切换的开销，提高了系统并发性。 在Linux这样的操作系统中，进程管理有着具体实现，包括进程的创建、撤销、阻塞和唤醒等操作，以及不同类型的进程链接信息。Linux进程可以通过系统调用来进行控制，如fork()用于创建新进程，exec()用于加载新的程序，wait()和signal()则用于进程间的通信和同步。 总结来说，多道程序设计环境下的程序特点主要包括并发执行、资源共享和相互制约，这些特性通过操作系统精细的进程和线程管理得以实现，以提高系统资源的利用率和效率。