“操作系统课件,介绍并发程序执行、进程管理和线程基本概念,重点讨论进程的定义、特征以及状态转换。”
在操作系统中,为了描述并发环境下程序的执行情况,我们需要理解进程这一核心概念。进程是程序在操作系统中的一次具体执行实例,是系统进行资源分配和处理器调度的基本单位。它由程序段、数据段和PCB(进程控制块)组成,具备动态性、并发性、独立性、异步性和结构特性。
动态性意味着进程的状态会随着时间的推移而变化,如从创建到执行,再到等待或结束。并发性是指多个进程可以在同一时间段内同时进行,但并非真正意义上的并行,而是通过时间片轮转等方式在处理器上交替执行。独立性是指每个进程都有自己的内存空间和资源,互不影响。异步性则指进程的执行顺序依赖于系统调度和外部事件。结构特性表明进程是由程序、相关数据和控制信息(PCB)组成的整体。
进程与程序的区别在于,程序是静态的代码集合,而进程是这些代码在特定时刻的动态执行实例。一个程序可以被多个进程执行,每次执行可能有不同的数据和执行环境。并发程序设计引入了前趋图的概念,用于表示操作之间的执行顺序或依赖关系。前趋图是无环的有向图,其中节点代表操作或进程,边表示执行顺序。在并发执行中,由于中断和上下文切换,程序的执行可能呈现出间断性、失去封闭性和不可再现性。
并发执行的条件通常基于Bernstein条件,即当两个进程的读写集合没有交集时,它们可以并发执行而不影响结果的可再现性。例如,进程Pi与Pj能并发执行,需满足R(Pi)∩W(Pj) = {},R(Pj)∩W(Pi) = {},W(Pi)∩W(Pj) = {}。
进程管理中的核心环节还包括进程的状态转换,典型的进程状态有就绪、执行和阻塞。就绪状态的进程等待获取CPU执行;执行状态的进程正在使用CPU;阻塞状态的进程因为等待某个事件(如I/O完成)而无法继续执行。这些状态之间可以通过特定事件(如调度、I/O请求完成等)进行转换。
此外,线程是比进程更轻量级的执行单元,它们共享同一地址空间,通信和同步更为高效,但同样需要理解和管理其创建、同步和销毁的过程。线程的引入使得多任务处理更加灵活,提高了系统资源的利用率。
总结来说,本课件深入探讨了操作系统中并发程序的描述、进程的定义、特征和状态转换,为理解操作系统如何管理并发执行提供了基础。