操作系统中的进程概念与控制

"本章介绍了进程的描述与控制，特别是处理机的执行模式与执行状态。处理机通常有两种模式：用户模式和系统模式（也称控制模式或内核模式）。在用户模式下，进程运行在较低的权限级别，而在系统模式下，操作系统可以执行特权指令，管理资源。进程是操作系统中的核心概念，用于管理和控制多道程序环境下的并发执行。进程具有三个基本状态，并通过进程控制块（PCB）进行描述。操作系统负责创建、管理和终止进程，以确保系统的正常运行。" 在计算机操作系统中，进程是程序在执行过程中的一个实例，它包含程序、数据及程序执行的状态。进程引入的主要原因是应对多道程序设计环境的需求，使得多个程序可以同时在内存中并发执行，提高系统资源的利用率。在单道程序环境下，程序执行具有顺序性、封闭性和可再现性，但在多道程序环境下，这些特性被并发执行打破，导致程序执行结果不可预测。 进程具有三个基本状态：运行态、就绪态和等待态（阻塞态）。运行态的进程正在处理机上执行，就绪态的进程正等待获取处理机，而等待态的进程因等待某种事件（如I/O操作完成）而暂停执行。进程状态之间的转换是通过进程控制来实现的，这通常涉及到操作系统内核的功能。 进程控制块（PCB）是操作系统用来记录和控制进程状态的关键数据结构，它包含了关于进程的信息，如进程ID、当前状态、内存分配情况、程序计数器、上下文信息等。通过修改PCB，操作系统可以实现进程调度，切换不同进程的执行。 线程是进程内的执行单元，比进程更轻量级，它们共享同一地址空间和资源，允许进程内部的并发执行。在多处理器系统（SMP）中，多个线程可以在不同的处理器上同时执行，进一步提高了系统性能。 处理机的执行模式对进程的管理和控制至关重要。在用户模式下，用户程序不能直接访问和修改系统关键资源，防止了意外的破坏。当需要执行特权操作（如内存管理、设备访问）时，程序需要切换到系统模式。这种模式切换是通过陷阱（trap）、中断或异常处理机制完成的，保证了操作系统的安全性和稳定性。 总结来说，本章重点讲述了进程的概念、执行状态以及处理机的执行模式，这些都是理解和研究操作系统核心功能的基础。通过深入理解这些知识点，可以更好地掌握操作系统如何协调和管理并发执行的任务，以及如何确保系统的可靠性和效率。