二、進程管理
1.程序、進程和處理器
程序是指令的集合，每一程序完成確定的任務。在只允許一個程序運行的系統(tǒng)（稱為單道系統(tǒng)）中，這個程序獨占系統(tǒng)資源，而系統(tǒng)按程序的指令順序運行，程序的順序執(zhí)行有兩個基本特征，即程序的封閉性和程序的可再現(xiàn)性。封閉性是指程序運行時獨占系統(tǒng)資源，只有程序本身能改變系統(tǒng)的狀態(tài);可再現(xiàn)性是指程序運行不受外部因素影響，只要初始條件相同，運行結果就相同。多道程序系統(tǒng)讓多個程序在系統(tǒng)中輪流運行，當一個程序不用處理器時，另一個程序就使用。也就是說，處理器在程序間切換，從而獲得宏觀上的并行（微觀上的串行），以提高處理器的利用率。這種切換，通常是由中斷引起的。由于中斷是以不可預測的次序發(fā)生，即程序的指令序列也以不可預測的次序前進，這樣就會產(chǎn)生操作系統(tǒng)的另一特性:不確定性。即在多道程序系統(tǒng)中，順序程序的封閉性和可再現(xiàn)性消失了。需要采用一個新的概念———進程來描述程序的執(zhí)行，進程是運行中的程序。
2.進程間的通信
在操作系統(tǒng)中，進程是可以獨立運行的程序單位，系統(tǒng)中的各個進程并不是相互隔離的:一方面它們相互競爭使用有限的資源，如處理器、存儲器、設備或文件等;另一方面，它們可能相互協(xié)作以達到用戶作業(yè)預期的目的。因此，進程之間需要某種形式的通信。進程之間直接發(fā)生聯(lián)系的稱為相交進程（又稱相關進程），否則為不相交進程。相交進程需要協(xié)調(diào)彼此間的相對運行速度，存在著直接制約的關系。不相交進程之間的聯(lián)系將表現(xiàn)在資源使用上的間接制約關系。
（1）互斥多道系統(tǒng)中，各進程可以共享各類資源，但有些資源卻一次只能供一個進程使用。這種資源常常稱為臨界資源，如打印機、公共變量、表格等?；コ馐且?*臨界資源在某一時刻只被一個進程訪問。
（2）同步一般一個進程相對于另一個進程的速度是不可預測的，也就是說，進程之間是異步運行的。為了成功地協(xié)同工作，有關進程在某些確定的點上應當同步它們的活動:一個進程到達了這些點后，除非另一進程已完成了某個活動，否則就停下來，以等待該活動結束。
（3）死鎖當若干進程競爭使用資源時，可能產(chǎn)生下述情況:每個進程要求的資源都已被另一進程占用，于是也就沒有一個進程能繼續(xù)運行。這種情況稱為死鎖。
3.信號量與P，V操作
用順序程序設計技術處理同步與互斥是十分困難的，為此引入信號量概念:信號量是一種特殊的變量，它的表現(xiàn)形式是一個整型變量及相應的隊列:除了設置初值外，對信號量只能施加特殊的操作:P操作和V操作，P操作和V操作都是不可分割的原子運行，也稱為原語（有時分別記為down（）和up（）或wait（）和signal（））。P操作的作用是將信號量S的值減1，若S的值成負數(shù)，則調(diào)用P操作的進程暫停執(zhí)行，直到另一個進程對同一信號量作V操作。V操作的作用是將信號量S的值加1，若S的值小于等于0，從相應隊列（關于S的隊列）中選一個進程，喚醒它。
（1）互斥為了保護共享資源（如公共變量等），使它們不被多個進程同時訪問，就要阻止這些進程同時執(zhí)行訪問這些資源的代碼段，這些代碼段稱為臨界區(qū)，這些資源稱為臨界資源。對臨界資源訪問的互斥要求可視作執(zhí)行臨界區(qū)的互斥要求。利用信號量可以方便地實現(xiàn)互斥臨界區(qū)的管理要求。例如，令信號量mutex的初值為1，于是臨界區(qū)就改寫成下列形式的代碼段。P（mutex）;臨界區(qū)V（mutex）;由于mutex初值為1，P、V是原子操作，確實可以實現(xiàn)互斥。
（2）同步最簡單的同步形式是:進程A在另一個進程B已到達點L2以前，不應前進到超過點L1。對此，可以令信號量proceed初值為0，實現(xiàn)這種同步的程序形式是: 進程A L1:P（proceed）; … …進程B L2:V（proceed）; … …更復雜一點的同步問題是單緩沖的生產(chǎn)者、消費者問題。
4.高級通信原語
P、V操作是用來協(xié)調(diào)進程間關系的，編程較困難而且沒有信息交換，故常稱為低級通信原語。此外，P、V操作必須有共享存儲器，而高級通信原語則提供兩種通信方式:有緩沖區(qū)的通信和無緩沖區(qū)的通信。
（1）有緩沖區(qū)的通信方式中，有原語:
Write（Buffer_Name，Variable） 等緩沖區(qū)空再存入
Read（Buffer_Name，Variable） 等緩沖區(qū)滿再取出
（2）無緩沖區(qū)的通信，又稱為消息傳遞，有原語:
Send（Who，Message） 發(fā)送消息給指定進程或一組進程
Receive（Who，Message） 從約定進程接收消息有的系統(tǒng)還提供帶標記的發(fā)送，有Send（Who，Message，Tag）用Tag可指定發(fā)送進程是否要等待接收進程取到內(nèi)容以后再繼續(xù)運行。一般接收者總是要等待消息到達后才繼續(xù)運行。