多道程序并发执行：资源共享与调度策略

多道程序的并发执行是操作系统理论中的核心概念，主要探讨的是如何在一台计算机上同时运行多个程序，以实现资源的有效利用和满足用户多任务需求。在多道程序设计中，多个进程在系统中并行存在，通过交替使用处理器（CPU），每个进程在执行期间可能涉及输入/输出（I/O）操作，如进程A和B的示例，它们每两秒执行一次CPU，接着等待一秒，如此循环60秒。 进程是程序在系统中执行的实例，由程序及其相关的数据构成。进程的活动涉及到在CPU上的程序执行和对数据的操作，这些程序和数据是进程存在的实体。进程间通信（IPC，Inter-Process Communication）是关键的概念，包括同步和互斥两个方面。同步关注的是任务之间的协作和时间顺序，例如避免竞态条件；而互斥确保资源的独占访问，防止多个进程同时占用同一资源导致问题，如临界区管理。 多道程序设计追求的目标是提高资源的利用率，例如对于I/O密集型程序，以及满足用户同时执行多个任务的需求。然而，这带来了复杂性，如并发共享资源可能导致的“饥饿”现象和死锁，需要通过设计有效的同步机制，如信号量（计数和互斥信号量）来解决。著名的荷兰计算机科学家通过睡眠唤醒模型，如生产者消费者问题、哲学家进餐问题和读者写者问题等，展示了如何通过抽象模型来处理这些同步问题。 操作系统层面，调度机制是核心功能之一，分为高级调度（决定作业进入系统）、中级调度（内存位置和状态管理）和低级调度（CPU时间片分配）。平均响应时间和周转时间是衡量调度效率的重要指标，调度策略的选择（抢占式或非抢占式）会影响系统的性能。操作系统还负责资源的管理和用户接口，如系统调用、命令接口和图形界面，以及处理调度的复杂性，如协调多个目标以优化整体性能。 总结来说，多道程序的并发执行是操作系统的关键组成部分，它涉及到进程概念、资源管理和调度策略，以及各种并发控制模型和问题的解决。理解这些原理和技术对于构建高效、安全的多任务操作系统至关重要。