操作系统第二章幻灯片

简介：
本章节幻灯片涵盖了操作系统的基础概念和原理，包括进程管理、内存管理和文件系统等方面的知识，旨在帮助学生理解操作系统的核心功能与运作机制。 操作系统是计算机系统的核心组成部分之一，负责管理和协调硬件与软件资源的使用。在其中，进程管理尤为重要，因为它决定了程序如何在多任务环境中高效且有序地执行。 本章节主要探讨了进程的基本概念、控制、同步问题以及相关的机制和通信方式。首先来看进程的概念：顺序执行是指按照预定次序完成操作的方式，具有固定的步骤（顺序性）、不受外部干扰的封闭性和输入相同的情况下输出一致性的特点。然而，在多道程序设计系统中，可以并发地运行多个程序，这种环境下带来了间断性、失去封闭性和不可再现性的新特性。 进程的并发执行通常通过前趋图来描述，这是一种无环有向图，其中节点代表进程或代码段，并且边表示它们之间的顺序关系。在多任务环境中，这些图表帮助理解不同进程如何同时启动或者交错运行以实现并行效果。 操作系统中的进程控制功能确保了按需创建、调度和销毁进程的顺利进行。通过使用进程控制块（PCB），系统能够存储关于每个进程的状态信息如优先级与资源分配等。当一个程序执行时，操作系统的任务之一就是根据需要切换这些PCBs以实现上下文切换。 为了处理并发进程中可能出现的问题，例如竞态条件和死锁，操作系统引入了同步机制来协调不同进程间的关系。这些问题包括哲学家就餐问题、生产者消费者问题和读者写者等问题的解决策略。为应对这类挑战，系统采用了信号量与管程等方法；其中管程是一种高级同步工具，能够确保在进入共享资源前进行适当的条件检查。 此外，在操作系统中还存在进程间通信的方式以交换信息，其中包括低级形式如共享内存和管道以及更复杂的机制例如消息传递及套接字。这些方式帮助协调工作、数据分享并解决同步问题。 线程则代表了进程中独立的执行单元，并且允许在一个程序内创建多个并发运行的线程来提高处理器利用率与系统的整体效率。由于它们共用进程资源，因此相比起进程间通信而言，线程间的通信更为轻量级。 综上所述，在操作系统中对进程管理的理解包括其生命周期、在多任务环境中的执行特性以及同步和通信机制等关键方面。这些知识对于设计优化系统及解决相关问题来说至关重要。