操作系统进程与线程详解

"第二章进程和线程主要探讨了操作系统中的进程和线程概念，以及它们的状态转换和管理。进程是操作系统中资源分配和独立运行的基本单位，体现了现代操作系统的并发性和资源共享性。多道程序设计是实现并发执行的基础，通过在内存中同时存放多道程序，提高了系统资源的利用率和吞吐量。并发执行带来了封闭性和对应性的丧失，程序在执行期间会相互制约，呈现出间断性的活动规律。 2.1 进程概念 多道程序设计的发展引入了进程的概念，以解决程序顺序执行的局限性。进程是程序的一次动态执行过程，它不仅包含程序代码，还包括数据和执行状态。进程有三个基本状态：就绪状态、运行状态和阻塞状态。就绪状态的进程等待CPU分配，运行状态的进程正在CPU上执行，而阻塞状态的进程因等待某个事件（如I/O操作）而暂停执行。 2.2 进程的状态和组成 进程的状态转换通常包括以下几种情况：进程由就绪状态变为运行状态，运行状态变为阻塞状态，以及阻塞状态变为就绪状态。状态转换图表清晰地展示了这些变化，如图2-1所示。进程由PCB（进程控制块）来管理和控制，包含了进程的基本信息，如进程ID、状态、优先级、资源清单等。 2.3 进程管理 操作系统通过进程管理机制来创建、撤销和调度进程，确保系统资源的高效利用。调度算法根据不同的策略选择进程进行执行，如先来先服务、短作业优先等。 2.4 线程 线程是进程内的一个执行实体，是CPU调度和分派的基本单位。相比进程，线程拥有更低的创建和切换开销，同一进程内的线程可以共享进程资源，提高了并发性能。 2.5 进程的同步和通信 为了协调多个进程间的活动，需要进行进程同步，以避免竞态条件和死锁等问题。进程通信是实现同步的一种手段，如管道、消息队列、信号量、共享内存等。 2.6 经典进程同步问题 经典进程同步问题包括生产者-消费者问题、读者-写者问题、哲学家就餐问题等，这些问题揭示了并发执行中可能出现的同步问题及解决方案。 2.8 进程通信 进程通信包括直接通信和间接通信，前者如信号、消息传递，后者如管道、套接字等。有效的进程通信可以保证数据的一致性和正确性，支持进程间的协作。 总结来说，进程和线程是操作系统实现并发执行和资源共享的核心机制，理解和掌握这些概念对于深入理解操作系统的工作原理至关重要。