1、進程的基本概念

2、進程的控制

3、進程同步

4、經典的進程同步互斥問題

5、進程通信

6、線程定義及實現

進程的基本概念為了提高計算機系統中各種資源的利用率，現代操作系統廣泛采用多道程序技術（multi-programming），使多個程序同時在系統中存在并運行。描述進程的數據結構——進程控制塊（PCB）一個進程應該包括：程序的代碼；程序的數據；PC中的值，用來指示下一條將運行的指令；一組通用的寄存器的當前值，堆、棧；一組系統資源（如打開的文件）程序是文本，是語句的描述（靜態）進程是運行中的程序，含有上下文信息（動態）結構特征：程序段、相關的數據段、PCB構成了進程實體動態性：進程是進程實體的一次執行，進程的狀態總是在變化，PCB的內容總是在變化并發性：多個進程實體，同存于內存中，能在一段時間內同時運行（宏觀上）獨立性：獨立運行和資源調度的基本單位。每個進程都有“自己”的PC和內部狀態，運行時獨立于其他的進程（邏輯PC和物理PC）異步性：以各自獨立的、不可預知的速度向前推進

進程的控制Running運行 Blocked阻塞 Ready就緒進程的三種基本狀態1) 就緒(Ready)狀態：進程一旦獲得CPU就可以投入運行的狀態2) 執行狀態：進程獲得CPU正在運行的狀態3) 阻塞狀態：進程由于等待資源或某個事件的發生而暫停執行的狀態運行à阻塞等待I/O的結果等待某一進程提供輸入運行à就緒運行進程用完了時間片運行進程被中斷，因為一高優先級進程處于就緒狀態就緒 à 運行調度程序選擇一個新的進程運行阻塞 à就緒當所等待的事件發生時

進程同步兩個進程使用相同的一個共享一個資源（如共享文件，打印機等）引出進程同步問題。進程在運行過程中所做的工作分為兩類：內部計算（不會導致競爭條件）對共享內存或共享文件的訪問（可能導致競爭條件）我們把完成第二類工作的程序稱為“臨界區”，把需要互斥訪問的共享資源稱為“臨界資源”。如果我們能設計出某種方法，使得任何兩個進程都不會同時出現在臨界區中，就可以避免競爭條件的出現。由Dijkstra把整型信號量定義為一個整型量，除初始化外，僅能通過兩個標準的原子操作(Atomic Operation) wait(S)和signal(S)來訪問。這兩個操作一直被分別稱為P、V操作。wait(S): while S≤0 do no-op S:=S-1;signal(S): S:=S+1;

經典的進程同步互斥問題4.1有3個客戶在某天的日常生活中使用了某個 ATM 自動取款機。假設他們對 ATM 的使用順序是 a 到來，a 進入， b 到來， c 到來， a 離開，b 進入， b 離開， c 進入， c 離開。4.2某閱覽室，最多可容納100名讀者同時閱覽，當閱覽室中少于100名讀者時，閱覽室外等候的讀者可以立即進入，否則需要在外面等待。每個讀者可看成一個進程。semaphore seats；seats.value=100;while(閱覽時間){wait(seats);進入閱覽室；閱讀；離開閱覽室；signal(seats);}4.3司機與售票員while(上班時間){發動汽車；正常運行；到站停車；}while(上班時間){關閉車門；售票；打開車門；}4.4兩個并發進程的讀寫設有一個緩沖區buffer，大小為一個字節（如圖）。Compute進程不斷產生字符，送buffer，Print進程從buffer中取出字符打印。如不加控制，會出現多種打印結果，這取決于這兩個進程運行的相對速度。在這眾多的打印結果中，只有Compute和Print進程的運行剛好匹配的一種是正確的，其它均為錯誤。semaphore S_Empty； // 緩沖區是否為空，初值為1semaphore S_Full; // 是否有數據寫入，初值為0while(計算未完成){ P(S_Empty);Write_Data( )；V(S_Full);}Computewhile(打印未完成){P(S_Full)； Print_Data( )； V(S_Empty);}Print4.5有一個倉庫，可以存放A和B 兩種產品。要求：1)每次只能存入一種產品(A或B)；2)-N

進程通信低級通信：只能傳遞狀態和整數值（控制信息），包括用來實現進程同步和互斥的信號量和管程機制。優點是速度快。缺點是：傳送信息量小：每次通信傳遞的信息量固定，若需要傳遞較多信息，就得進行多次通信。編程復雜：用戶需要直接去實現通信的細節，編程復雜，容易出錯。高級通信：能夠傳送任意數量的數據，包括三類：共享內存、管道、消息。

線程定義及實現進程當中的一條執行流程叫線程。進程是資源分配單位，線程是CPU調度單位；進程擁有一個完整的資源平臺，而線程只獨享必不可少的資源，如寄存器和棧；線程同樣具有就緒、阻塞和執行三種基本狀態，同樣具有狀態之間的轉換關系；線程 ＝ 輕量級進程（lightweight process）用戶線程：在用戶空間實現，時間片分配給進程；內核線程：在內核中實現，時間片分配給線程；