操作系统实验：进程线程切换与调度

"实验室练习3-进程线程切换，作者：俞星凯171830635，邮箱：2651904866@qq.com" 在这个实验中，主要涉及了操作系统中关于进程和线程管理的重要知识点，主要包括进程与线程的概念、进程状态转换、进程切换以及堆栈切换。 1. **进程与线程** - **进程** 是操作系统资源分配的基本单位，每个进程都有自己的独立地址空间，包括代码段、数据段，以及独立的堆栈和进程控制块（PCB）。进程之间相互独立，互不影响。 - **线程** 则是任务调度的基本单元，它与进程的主要区别在于线程不拥有独立的地址空间，而是共享同一进程的地址空间。线程间的切换相比进程更快速，因为它们不需要切换上下文中的地址空间。 2. **进程状态转换** - **RUNNABLE**：进程可以运行，但并不一定正在CPU上执行。 - **RUNNING**：进程正在CPU上执行。 - **BLOCKED**：进程因等待某个事件（如I/O操作完成、睡眠时间到达等）而无法执行。 - **DEAD**：进程已经结束执行，资源被回收。 进程的状态转换通常包括：FORK创建新进程进入RUNNABLE，时间中断导致RUNNABLE到RUNNING，时间片耗尽或主动调用SLEEP使得RUNNING变为RUNNABLE，BLOCKED状态的进程在条件满足后变为RUNNABLE，EXIT系统调用使进程进入DEAD状态。 3. **进程切换与堆栈切换** - **进程切换** 在时间中断或某些系统调用后发生，涉及到保存和恢复进程的上下文信息，包括寄存器状态、内存映射等。 - **堆栈切换** 是进程切换的一部分，当从用户态切换到内核态或者从一个进程切换到另一个进程时，需要切换堆栈以确保正确恢复执行现场。例如，P1在用户态执行时，时间中断触发，系统会保存P1的用户态堆栈信息到内核堆栈，然后切换到P2的内核堆栈并恢复P2的执行现场。 实验内容要求实现内核级的进程切换机制，包括fork、sleep、exit系统调用，以及用户态的线程库，包括pthread_create、pthread_join、pthread_yield、pthread_exit等接口。通过这些功能，可以模拟和理解操作系统如何进行任务调度和线程管理。最后，还需要编写测试用例来验证这些功能的正确性。实验过程不仅加深了对操作系统底层机制的理解，也锻炼了实际编程和调试技能。