操作系统进程管理：临界资源与同步机制

"临界资源-操作系统(徐宗元主编)ppt第二章，主要涉及操作系统中的进程管理和临界资源管理" 操作系统是计算机系统的核心组件，它负责管理计算机的硬件和软件资源，确保多任务的高效并发执行。在多道程序设计技术中，进程是操作系统的基本单位，代表了程序的一次动态执行过程。本章内容涵盖了进程的引入、定义、特征以及进程管理的关键概念和技术。 2.1 进程的引入和描述 - 为什么引入进程：在单道程序环境下，资源利用率低，引入进程是为了实现程序的并发执行，提高系统效率，同时也解决了结果不可再现性的问题。 - 进程的描述：进程包括程序代码、数据和进程控制块（PCB），其中PCB是进程存在的唯一标识，包含了进程的状态、优先级、资源分配等信息。 - 进程上下文：是指进程执行时的完整环境，包括寄存器状态、内存映射、I/O状态等，当进程切换时，上下文也会相应改变。 2.2 进程控制 - 内核：操作系统的核心，负责管理和调度系统资源，提供中断处理、进程调度等功能。 - 进程状态的细化：进程一般有就绪、运行、阻塞三种基本状态，通过增加"挂起"和"激活"状态，形成了五状态模型，更精细地描述了进程的生命周期。 - 进程控制原语：用于进行进程管理的操作，如创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起和激活，这些操作具有原子性，保证了操作的完整性。 - 线程：轻量级进程，是进程中可独立调度的基本单元，线程间的切换比进程更快，提高了系统响应速度。 - Linux与Windows进程控制：Linux提供了系统调用来控制进程，如`fork()`、`exec()`等，而Windows则有API函数如`CreateProcess()`、`CreateThread()`等。 2.3 临界资源与进程同步 - 临界资源：一次只能被一个进程访问的资源，如打印机、变量等，访问时需遵循互斥原则，以防止数据不一致性。 - 临界区：进程中访问临界资源的那段代码，同一时间仅允许一个进程执行。 - 进程同步：控制进程间的相互协作，确保它们按预定顺序和节奏执行，避免竞争条件和死锁。 - 信号量机制：一种同步工具，分为记录型信号量和P、V操作，用于实现进程互斥和同步，如解决生产者-消费者问题。 2.4 进程通信 - 进程通信：进程间交换信息的方式，包括共享存储器、消息传递和管道通信等。 - 消息缓冲队列：一种常见的通信机制，允许进程之间通过消息交换数据，确保数据的正确传输。 2.5 处理机调度 - 处理机调度：分为作业调度和进程调度，前者决定哪些作业进入内存，后者决定哪个进程获得CPU执行权。 - 调度算法：包括先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、轮转（RR）等，每种算法有其适用场景和优缺点。 2.6 死锁 - 死锁：多个进程因互相等待对方释放资源而无法继续执行的状态。 - 死锁的四个必要条件：互斥、占有并等待、无剥夺和循环等待。 - 银行家算法：一种避免死锁的策略，预先分配资源，确保系统安全。 本章内容全面覆盖了操作系统中进程管理的重要知识点，从进程的基本概念到复杂的同步、通信和调度问题，旨在帮助学生理解和掌握操作系统如何高效地管理和协调多进程执行。