操作系统中的进程概念与并发特性

"该资源是关于操作系统学习的内容，主要探讨了进程的引入原因以及进程的描述，包括前趋图的概念，程序的顺序执行与并发执行的特点，并举例说明并发执行时可能遇到的问题，如失去封闭性和可再现性。" 在操作系统中，进程是一个非常核心的概念，它的引入主要是为了描述和管理操作系统的四大特征之一——并发性。操作系统的设计目标是能够同时处理多个任务，让这些任务看起来好像是在同时进行，这就是并发性。此外，操作系统还具备共享、虚拟和不确定性这三大特征。 前趋图是描述程序执行顺序的一种工具，它由有向无环图（DAG）构成，其中的节点代表语句、程序段或进程，边表示它们之间的依赖关系。例如，在一个简单的程序中，如果P1必须在P2之前完成，那么在前趋图中就有P1指向P2的边，表示P1是P2的前趋，P2是P1的后继。 程序在顺序执行时，遵循三个基本特性：顺序性、封闭性和可再现性。顺序性意味着指令严格按照指定顺序执行；封闭性是指程序执行时独占系统资源，不受其他程序影响；可再现性则是指相同的初始条件会导致相同的执行结果。 然而，当多个程序并发执行时，这些特性会发生变化。并发执行带来的是间断性，程序可能会因为资源竞争而暂停，然后恢复执行。同时，由于资源共享，程序执行失去封闭性，导致结果不可预测，即失去了可再现性。例如，两个并发的程序P1和P2共享变量N，根据执行顺序的不同，N的最终值可能为5或6。 为了解决并发执行带来的问题，操作系统引入了同步机制。其中，读集和写集是分析并发程序是否安全执行的关键概念。读集指的是程序读取的变量集合，写集则是程序修改的变量集合。如果两个并发执行的程序P1和P2满足它们的读集与写集没有交集，即它们不共享任何变量，那么它们可以并发执行且保持可再现性。 这个学习资源深入浅出地介绍了进程的引入背景和并发执行的基本概念，对于理解操作系统的工作原理和进程管理有极大的帮助。