山东大学操作系统：进程调度与线程详解

操作系统是计算机系统的核心组成部分，它负责管理和调度硬件资源，以及提供用户与计算机交互的界面。在引入线程的现代操作系统中，基本的调度和分派单元是线程，而非传统的进程。线程相对于进程有以下优势： 1. **轻量级**：线程是比进程更小的执行实体，创建和销毁速度快，可以更好地支持并发，从而显著提高系统的并发度和响应速度。 2. **效率**：同一进程内的线程切换不需要涉及整个进程上下文的保存和恢复，降低了开销，提高了效率。 3. **交互性**：线程之间的通信更为直接，使得多任务环境中的协作更加高效。 4. **进程控制块（PCB）**：操作系统通过进程控制块来管理进程，其中包含了进程的状态、程序计数器、寄存器值、调度信息和内存管理等关键信息，是操作系统识别和控制进程的关键数据结构。 **调度策略**： - **短期调度**：也称为就绪进程调度，负责在内存中选择下一个执行的线程，并分配CPU资源。这是一个高频发生的操作，对系统的实时性和性能至关重要。 - **中期调度**：主要应用于分时系统，如交换方案，涉及将部分运行中的进程从内存中暂停并保存，以便为其他用户切换。这种调度相对较少，但对系统的资源利用率和用户体验有直接影响。 - **长期调度**，即作业调度，发生在进程级别，决定哪些进程应从外存调入内存执行。这是低频操作，通常在进程创建或退出时触发，对于系统资源管理和作业队列管理非常关键。 **进程与程序的区别**： - **程序**：是可执行的代码集合，是静态的，不具有生命周期，不具备独立执行的能力。 - **进程**：程序在处理器上的执行实例，是动态的，有自己的生命周期，包括创建、执行、等待、挂起和终止等状态。进程具有动态资源分配、上下文切换等特性，且每个进程都对应一个独立的进程控制块。 总结来说，操作系统通过有效的进程和线程管理，实现多任务处理和资源调度，以满足批处理、实时和分时等不同系统的需求。理解这些概念和调度策略是深入学习操作系统设计和优化的基础。