操作系统：并发进程与互斥同步原理

"这是一份关于操作系统的课件，主要讲解了第四章的内容，包括并发进程、进程互斥、同步、高级通信等概念，并通过前驱图解释了并发执行的特性。" 操作系统是计算机系统的核心组件，负责管理和调度系统的硬件和软件资源，以确保多个程序能够高效、有序地运行。在本课件中，重点讨论了并发进程及其相关概念。 4.1并发进程 并发进程是指在一段时间内，多个进程同时存在并交替执行，它们在宏观上看起来是并行运行的，但实际上是由处理器在微观层面快速切换实现的。前驱图是一种用来描述进程执行顺序的工具，它由结点和边构成，结点代表进程或语句，边表示执行顺序。初始节点是没有前驱的结点，终止节点是没有后继的结点。偏序关系描述了进程执行的逻辑依赖性。 4.1.1前驱图的定义 前驱图是一个有向无环图，用于表示进程或指令的执行顺序。例如，给定一组前驱关系，可以构建相应的前驱图来表示这些关系。在并发执行中，没有前驱关系的进程段可以并发执行，这为多任务处理提供了基础。 4.1.2顺序程序及其特性 顺序程序遵循内部顺序性和外部顺序性。内部顺序性意味着单个进程中的指令按顺序执行，而外部顺序性则表示多个进程按照一定的顺序依次执行。顺序程序的特点包括连续性（指令连续执行）、封闭性（独占资源）和可再现性（在相同条件下多次运行结果一致）。 4.1.3并发程序及其特性 并发程序打破了顺序程序的连续性和封闭性，允许内部并发性和外部并发性。内部并发性是指程序内部的某些部分可以并发执行，而外部并发性是指多个程序可以同时运行。并发程序的执行带来了新的挑战，如资源竞争和数据一致性问题。 4.2进程互斥 进程互斥是指在同一时刻，只允许一个进程访问临界资源，以避免资源的竞争状态。例如，当两个进程试图同时修改共享变量时，就需要互斥机制来保证数据的一致性。 4.3进程同步 进程同步是指协调多个进程的执行顺序，确保它们正确地交互和通信，防止死锁和饥饿等问题的发生。同步机制包括信号量、管程、事件标志等。 4.4进程高级通信 高级通信机制如管道、消息队列、共享内存、套接字等，允许进程之间交换大量数据，提高协作效率。 4.5系统举例 这部分可能包含具体的示例，说明如何在实际操作系统中实现上述概念，如进程的创建、调度、同步和通信等。 这节课程深入探讨了操作系统中并发进程的基本原理和管理机制，对于理解多任务环境下的系统行为至关重要。通过学习这些概念，我们可以更好地设计和优化并发程序，以提高系统的性能和响应能力。