顺序执行与进程管理：理解程序并发特性和资源限制

在讨论程序的顺序执行特性时，我们首先了解到程序执行的核心特性包括： 1. **顺序执行的严格性**：处理机严格按照程序的指令序列执行操作，不会跳过或并行处理。这意味着每个操作都是按照特定的逻辑顺序进行的。 2. **资源独占性**：在单个程序执行期间，它会完全占用计算机的硬件资源，如处理器、内存等，其他程序无法同时访问这些资源，除非被暂停或切换。 3. **结果独立于执行速度**：程序的执行结果仅取决于其逻辑结构，而非执行的速度，这与现代多任务环境中的并发执行有所区别。 **进程管理的引入**： 5.1.1 **顺序程序设计的局限**：随着计算机硬件的发展，单纯依靠顺序执行无法充分利用多核处理器，因此引入进程的概念来实现程序的并发执行，允许多个程序段（进程）共享资源并行工作。 5.1.2 **程序并发执行与资源共享**： - **并发执行**：程序可以在同一时刻执行多个部分，尽管它们在逻辑上可能按不同的顺序进行。 - **资源共享**：多个进程可以同时访问和修改共享的数据，这就需要协调和同步机制来避免数据冲突和一致性问题。 5.1.3 **并发执行的特性与问题**： - **封闭性的丧失**：并发执行使得程序的行为不再是确定的，可能导致结果依赖于执行顺序，例如上面示例中的计数器问题。 - **时间相关错误**：并发进程的随机执行可能导致结果不一致（数据不一致）和死锁现象，如飞机订票系统的例子。 5.1.4 **进程概念的定义**：进程是程序的一次执行实例，它能够与其他程序并行，共同竞争系统资源。 5.2.1 **进程的表示与调度状态**： - **进程的组成部分**：包括程序代码、数据集以及进程控制块（PCB），后者存储了进程的状态信息、标识符、内存地址等。 - **进程控制块（PCB）**：是操作系统用来管理和调度进程的重要数据结构，包含进程标识、当前执行位置、状态标志等关键信息。 总结来说，程序的顺序执行特性是早期编程的基础，但在现代操作系统中，通过引入进程概念，实现了程序的并发执行和资源共享，从而提高了系统的效率。然而，这也带来了新的挑战，如进程间的同步和协调，以及处理并发执行中的潜在问题。进程控制块作为核心管理工具，确保了进程的表示和调度的精确性。