进程管理与同步：信号量机制实现进程互斥

"操作系统课程资料，重点讲解进程管理和利用信号量机制实现进程互斥" 操作系统是计算机系统的核心组件，负责管理系统的硬件资源和控制软件的执行。多道程序设计技术提高了资源利用率，但也引入了结果不可再现性的问题。为解决这些问题，操作系统引入了进程这一概念，来描述并发执行的程序。进程具有并发性、动态性、独立性和异步性等特征，其存在主要由进程控制块（PCB）体现，包含进程状态、资源分配等信息。 进程的生命周期包括新建、就绪、运行、等待和终止等五种基本状态，通过不同的控制原语进行状态转换。常见的控制原语包括创建、撤销、阻塞、唤醒、挂起和激活，它们用于管理和调度进程。线程作为轻量级进程，进一步细化了资源调度，使得并发执行更为高效。 进程间存在同步和互斥问题。临界资源是指一次仅允许一个进程访问的资源，而临界区是进程中访问临界资源的代码段。为了保证资源安全，引入了进程同步机制，硬件支持如测试与设置指令、原子操作等，以及软件机制如信号量。信号量是一种同步工具，分为整型信号量（ sempahore）和记录型信号量，P操作（申请资源）和V操作（释放资源）是其核心，用于实现进程间的互斥与同步。例如，在生产者-消费者问题中，信号量可以有效地协调生产者和消费者的活动。 高级进程通信机制包括共享存储器、消息传递和管道通信。其中，消息缓冲队列是常用的消息传递机制，允许多个进程通过消息交换数据。通信机制的目的是确保进程间的数据交换正确无误。 处理机调度是操作系统中的关键任务，涉及作业调度和进程调度。作业调度负责从后备队列中选择作业进入内存，而进程调度则从就绪队列中选取进程执行。调度算法的选择需考虑周转时间、响应时间等因素。常见的调度算法有先来先服务（FCFS）、短作业优先（SJF）、优先级调度等。 死锁是多个进程因资源竞争而无法继续执行的现象。死锁的四个必要条件包括互斥、请求与保持、不剥夺和循环等待。预防死锁的方法包括资源预分配、资源有序分配等，银行家算法是避免死锁的一种策略。一旦发生死锁，可通过回滚、剥夺资源或撤销进程等方式解除。 操作系统结构有模块接口法、层次结构法和客户/服务器结构。例如，Windows 2000操作系统采用了客户/服务器架构，实现了高效的资源管理和任务协作。 总结来说，本章内容涵盖了进程管理的各个方面，从进程的引入、描述到进程控制，再到进程同步、通信、调度、死锁和操作系统结构，旨在帮助学习者全面理解并掌握操作系统中的核心概念和技术。