操作系统——进程

本文详细介绍了操作系统的进程概念,强调进程作为系统资源分配和调度的基本单位,解释了进程的动态性、并发性、独立性和异步性等特征,并讨论了进程的五种状态及其转换。此外,还涵盖了进程控制块(PCB)、进程间的通信方式,以及处理机调度的必要性和各种调度算法的基本原理。最后,探讨了引入线程的原因和处理机调度的重要性。

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操作系统——进程

为什么要引入进程?

​ 由于操作系统的多道程序环境下,允许多个程序并发执行,一旦并发执行,意味着多个程序有间断性及不可再现性的特点,引入了进程的概念之后,可以更好的描述和控制程序的并发执行,实现操作系统的并发性和共享性。

​ 从不同的角度理解进程:

​ ·进程是程序的一次执行的过程

​ ·进程是系统资源进行资源分配和调度的一个独立的单位

所谓系统资源:指的是处理机和存储器和其他设备服务于进程的“时间”。资源即时间。

为什么进程可以更好的描述和控制程序的并发执行?

​ 那是由于进程包含了PCB(Process Control Block)进程控制块,这是一种专门的数据结构,系统可以利用PCB来描述进程的基本情况和运行状态,进而控制和管理进程。所谓创建进程,实质就是创建进程映像(所谓的进程实体)中的PCB,进程映像(进程实体)包括:PCB、程序段、数据段。

进程的特征?

​ 进程的基本特征是对比于单个程序的顺序执行而提出的。

​ ·动态性,动态的创建、活动、暂停、中止。动态性是进程最基本的特征

​ ·并发性,多个进程同时存在与内存之中,在同一时间段运行,提高资源的利用率

​ ·独立性,进程实体是一个能够独立运行。独立获得资源的基本单位

​ ·异步性,进程具有执行的间断性

​ ·结构性,进程由PCB、程序段、数据段组成

进程的状态
### 操作系统进程与线程的概念 #### 进程 (Process) 进程操作系统结构的基础,表示程序的一次执行过程。每个进程都有独立的代码数据空间(指令、栈、堆),具有分配资源的功能单位。进程由文本区(即代码)、数据区以及用户堆栈组成,并且拥有自己的地址空间[^1]。 ```c // 创建新进程的例子 pid_t pid; pid = fork(); // Unix/Linux创建子进程的方式 if (pid < 0){ printf("error in fork!"); } else if(pid == 0){ printf("I am child process"); } else { wait(NULL); // 父进程等待子进程结束 } ``` #### 线程 (Thread) 线程有时被称为轻量级进程(Lightweight Process),同一进程内的多个线程共享该进程中大部分的数据状态信息,如文件描述符、信号处理设置等;但是它们各自有自己的调用栈(call stack) 寄存器集合(registers set)[^2]。 ```java class MyThread extends Thread{ public void run(){ System.out.println("This is a thread."); } } public class Main { public static void main(String[] args) { new MyThread().start(); } } ``` ### 进程与线程的主要区别 - **定义不同** - 进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集上的一次运行活动,而线程则是进程的一个实体,是CPU调度分派的基本单位[^3]。 - **开销方面** - 启动一个新的进程所需的时间较长,因为这涉及到加载新的环境并初始化所有的上下文。相比之下,启动一个新线程则要快得多,因为它只需要复制父线程的一些属性即可完成创建工作[^4]。 - **资源共享** - 不同进程之间无法直接访问对方的内存区域,如果需要交换数据,则必须通过特定机制实现跨进程通讯(IPC) 。然而,在同一个进程下的各个线程间可以直接读写彼此所在的全局变量或静态方法中的局部变量,因此更容易进行协作工作。 - **通信方式** - 对于多进程而言,通常采用消息队列(message queue), 套接字(socket pair) 或者管道(pipe)等方式来进行相互通信;而对于属于同一进程的不同线程来说,由于它们都处于相同的地址空间内,故可通过共享存储器(shared memory segment)来高效传递信息。 - **调度粒度** - 在现代操作系统里,实际被调度的对象往往是线程而非整个进程——尽管后者确实包含了前者所需的全部资源支持条件。
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