操作系统中的进程与并发执行

"操作系统课件缴械专用的" 操作系统是计算机系统中的核心软件，它负责管理和控制系统的硬件资源，以及协调各个并发运行的软件程序。在操作系统中，进程是资源分配和独立运行的基本单位，它是程序在执行过程中的实例。操作系统通过进程来实现多任务并行处理，提供高效、可靠的服务。 本章主要探讨的是进程的描述与控制，包括前趋图、进程描述、进程控制、线程的基本概念和实现。前趋图是一种有向无环图（DAG），用来表示进程之间的执行顺序关系，确保没有循环依赖。程序在单处理器系统中的执行通常分为顺序执行和并发执行两种模式。 顺序执行时，程序按照预定的顺序逐条指令执行，具有顺序性、封闭性和可再现性。顺序性保证了每个操作的连续性，封闭性则意味着程序执行不会受其他程序影响，可再现性是指只要初始条件相同，程序执行的结果就能复现。 然而，在并发执行中，多个进程可以在同一时间段内交替执行，这带来了间断性、失去封闭性和不可再现性的特征。例如，当多个进程并发访问共享资源时，如上述飞机订票系统的情况，可能会导致数据一致性问题，需要通过同步机制来解决。 进程的描述是操作系统中至关重要的一部分，它包括进程的定义和特征。一个进程包含一个程序和该程序执行时的上下文，包括程序计数器、寄存器状态、内存映射等。进程有三种基本状态：就绪、运行和阻塞，它们之间通过挂起操作进行状态转换。操作系统通过数据结构如PCB（进程控制块）来管理和跟踪进程的状态，维护系统的运行秩序。 进程控制则是操作系统调度和管理进程的核心功能，包括创建新进程、撤销进程、改变进程状态以及进程间的通信。这些控制操作确保了系统的正常运行和资源的有效利用。 线程是比进程更轻量级的执行单元，线程共享同一进程的地址空间，因此切换成本更低，更利于提高系统性能。但线程的实现涉及到线程的创建、同步和通信等问题，这些往往是操作系统设计的难点。 操作系统中的进程管理和控制是保证系统并发性、高效性和稳定性的重要手段，通过对进程和线程的理解与掌握，能更好地设计和优化操作系统，以满足现代计算环境的需求。