程序执行特性:顺序、封闭与再现性
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更新于2024-07-13
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"该资源主要讲述了程序在操作系统中的顺序执行和并发执行的特征,以及相关的进程管理和并发执行的概念。"
操作系统中的进程管理是系统管理软件运行的核心部分,它涉及到进程的创建、控制、同步、通信和调度等多个方面。在顺序执行的环境中,程序的执行遵循以下三个关键特征:
1. **顺序性**:程序的执行按照指令的顺序依次进行,即每个指令的执行必须等待前一个指令完成后才能开始。例如,如果程序包含三条语句S1、S2和S3,那么S2只能在S1执行完毕后开始,S3则在S2执行结束后开始。
2. **封闭性**:程序在执行过程中与外界环境相对隔离,其结果只依赖于程序内部状态和初始条件。这意味着,在相同的环境和初始条件下,程序每次运行的结果应当一致。
3. **可再现性**:如果程序的执行环境和初始条件保持不变,多次执行同一程序将产生相同的结果。这是对程序可靠性和可预测性的保证。
然而,随着多道程序设计的发展,程序的并发执行成为可能。并发执行时,多个程序段可以在逻辑上同时运行,这带来了新的特点:
- **间断性**:由于处理器资源的限制,进程的执行可能会被中断,然后在稍后的时间点恢复,导致程序执行的非连续性。
- **失去封闭性**:并发环境下,进程间的交互可能导致结果受到其他进程影响,无法再保证封闭性。例如,共享资源的访问可能导致数据竞争,使得结果不可预知。
- **资源竞争**:多个进程可能对同一资源有需求,如何公平、高效地分配资源成为并发执行时必须解决的问题。
- **同步问题**:当多个进程需要按照特定顺序执行时,需要机制来确保进程间的同步,如信号量机制。
- **通信**:为了协调并发进程,进程间需要进行信息交换,这涉及到了进程通信的概念,如管道、消息队列、共享内存等通信方式。
在操作系统中,进程控制块(PCB)是记录进程状态和控制进程转换的关键结构。通过进程调度,操作系统决定哪个进程在何时获得CPU执行权。死锁则是并发执行中可能出现的一种严重问题,指的是两个或多个进程相互等待对方释放资源,导致都无法继续执行的状态。
进程管理是操作系统的重要组成部分,理解和掌握程序的顺序执行和并发执行的特性,以及相关的同步、通信和调度策略,对于理解和优化系统性能至关重要。
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