例句
1.科学家们希望能够全面揭示这一历史进程。
2.由于采用新的混凝土浇筑方法,大大加快了立交桥改建工作的进程。
1. 犹启程。
引
1. 时方剧暑,恩旨宠留,诏秋凉进程。
宋
《玉壶清话》卷二
文莹
2. 但得个有盘缠便进程。
元
《冻苏秦》第一折
2. 谓事物变化或进行的过程。
引
1. 这样,就使我们原来预计的战争进程,大为缩短。
《中国军事形势的重大变化》
毛泽东
2. 是的,每个人都走了一段遥远的道路,每件武器也都带着光荣不朽的历史印记,标志着几十年中国革命的伟大进程。
杨朔
进程是计算机系统中的一个核心概念,用于描述程序在执行过程中的动态行为。进程可以被理解为程序的一次执行活动,是操作系统进行资源分配和调度的基本单位。
从定义上看,进程通常被描述为程序在处理器上执行时所发生的活动,它包括程序代码、数据、堆栈等资源以及执行所需的各种状态信息。进程仅包含程序的静态代码,还包括当前的活动状态,如程序计数器的值和处理器寄存器的内容。此外,进程还可能包括进程控制块(PCB),这是操作系统用于控制和管理并发执行进程的数据结构,包含进程标识符、处理机状态信息、进程调度信息等。
进程具有动态性、独立性、并发性和异步性等特征。这些特性使得进程能够有效地描述程序的执行过程,并多任务系统中实现资源的高效利用。例如,在多处理器系统中,进程可以被独立调度并占用处理机运行,从而实现真正的并发执行。
在操作系统中,进程是资源分配和调度的基本单位。每个进程都有自己的地址空间,包括文本区域、数据区域和堆栈区域,这些区域分别用于存储处理器执行的代码、变量和临时数据。当一个程序被加载到内存中时,它就变成了一个进程,这个进程会占用一定的内空间和CPU时间来执行相应的任务。
进程的概念最早出现在20世纪60年代,随着计算机技术的发展,进程的概念也在不断演变。尽管目前对进程的定义和名称仍不统一,但其作为操作系统中最古老也是最重要的抽象概念之一的地位是不可动摇的。
进程控制块(PCB)是操作系统中用于描述和控制进程运行的关键数据结构,是进程实体的一部分。PCB记录了描述进程当前状态和控制进程运行所需的所有信息。具体来说,PCB包含以下几类信息:
进标识符:用于唯一标识一个进程,通常有两种:内部标识符(如进程序号)和外部标识符(由创建者提供,用于描述进程家族关系和用户标识)。
处理机状态:由处理机寄存器内容组成,包括通用寄存器、指令计数器、程序状态字(PSW)和用户栈指针,用于保存断前的状态。
进程调度信息:包括进程状态、优先级、与进程调度算法相关的其他信息(如等待CPU的间总和、已执行的时间总和)以及事件(阻塞原因)。
进程控制信息:包括程序和数据地址、进程同步和通信机制(如消息队列指针、信号量)、资源清单(列出进程所需资源及已分配资源)和链接指针(指向下一个进程的PCB首地址)。
进程描述信息:如进程ID、进程名、用户ID、进程组关系等。
资源占用信息:虚拟地址空间现状、打开文件列表等。
CPU现场保护结构:保存进程执行时的寄存器、程序计数器、状态字、栈指针等。
PCB的组织方式有两种:链接方式和索引方式。链接方式将具有同一状态的PCB链接成队列,形成就绪队列、阻塞队列等。索引方式则建立索引表,记录具有相应状态的PCB在PCB表中的地址,便于快速查找和管理。
在不同操作系统中,PCB的具体实现可能有所不同。例如,在Linux系中,PCB由task_struct
结构定义,包含进程状态、优先级、调度策略等信息。在Unix系统中,PCB分为进程表项、进程区表和系统区表。而在Windows系统中,PCB由EPROCESS
结构表示,线程控制块为ETHREAD
结构。
在多处理器系统中,进程实现真正的并发执行主要依赖于操作系统提供的调度机制硬件支持。具体来说,有以下几种方式:
多核处理器支持:在多核处理器上,每个核心可以独立运行一个多个进程。这意味着多个进程可以在不同的核心上同时执行,从而实现真正的并行处理。这种方式不仅提高系统的整体效率,还缩短了程序的总执行时间,特别是在大规模数据处理和高性能计算中尤为重要。
时间片轮转调度:在单处理器统中,通过时间片轮转调度算法,操作系统将CPU的执行时间划分为小的时间片,并按一定的顺序将这些时间片分配给不同的进程。虽然每个时刻只有一个进程在执,但通过快速切换任务,使得多个进程在宏观上看起来像是同时运行的。
进程间通信:为了实现有效的并发执行,进程间需要行通信以共享数据或协调执行。操作系统提供了多种进程间通信机制,如管道、消息队列、共享内存等。这些机制允许进程在不同的存空间中交换数据和信号,从而确保进程间的协作和同步。
互斥和同步机制:在多处理器系统中,进程可能会竞争共享资源,因此要使用互斥锁、信号量等同步机制来避免竞争条件。这些机制确保了在共享资源时不会产生冲突,从而保证了系统的稳定性和可靠性。
综上所述,在多处理器系统中,进程通过利用多核处理器的支持、时间片轮转调度算法、进程间通信以及互斥和同步机制,可以实真正的并发执行。
操作系统通过多种调度算法和管理机制来实现资源的高效利用。以下是详细解释:
作业调度:作业调度决定哪些作业可以进入统运行,并按顺序执行。它主要管理作业的整体资源需求,如CPU时间、内存大小等,关注作业的整体执行时间和系统资源利用率。常用的算法包括先来先服务(FCFS)、最短作业优先(SJF)等。
内存调度:内存调度管内存空间的分配和回收,确保内存的有效利用并避免碎片化。它决定哪些进程或作业可以获得内存空间,以及分配多少内存。与进程度密切相关,决定进程是否可以加载到内存中运行。常用算法包括最佳适配算法(Best Fit)、最先适配算法(First Fit)等。
进程调度:进程调度决定哪些进程可以获得CPU时间片,以及分配多长时间,实现进程的并发执行。主要管理CPU资源,关注进程的响应时间、周转时间等指标。常用算法包括先来先服务(FCFS)、短作业优先(SJF)、时间片轮转(Round Robin)、优先级调度等。
线程调度:在多线程环境下,线程调度决定哪些线程可以获得CPU时间片,以及分配多长时间。主要管理CPU资源和进程内的线程资源,关注线程的响应时间、并发性等问题。与进程调度算法类似,但有针对线程的特性优化算法。
进程控制与资源管理:操作系统设计并实现了一个基本的进程与资源管理器,能够完成进程的创建、撤销、状态转换;基于优先级调度算法完成进程的调度;完成资源的分配与释放,并完成进程之间的同步。
进程优先级:进程优先级是操作系统用来确定进程在多任务环境中获得资源(如CPU调度时间)的相对重要性或紧急程度的指标。每个进程都有一个优先级,影响处理器时间的分配。在Linux中,进程控制块(task_struct)包含了描述进程属性的变量和管理所有进程的数据结构,其中进程优先级由几个特定的int类型变量表示,数字越小表示优先级越高。
进程状态转换:进程状态括新状态、就绪状态、执行状态、阻塞状态和终止状态。挂起是指操作系统将进程换出内存。五状态队列模型调度基于进程的优先级进行,优先级高的进程优先执行。
进程同步与通信:进程间同步和通信是保证多个进程协调运行的机制典型的同步机制包括互斥锁(mutex)、信号量(semaphore)和条件变量。进程间的通信(IPC)主要通过管道、消息队列、共享内存、套接字等方式行。
进程的动态性、独立性、并发性和异步性是操作系统中进程管理的重要特征,具体表现如下:
进程是动态产生、变化和消亡的。例如,进程会在程序运行时被创建出来,当无法获取足够的系统资源时会暂停,当得到资源后会继续执行。
独立性:
在没有引入线程概念的操作系统中,进程是独立运行和资源调度的基本单位。
并发性:
不同进程可以在不同的CPU核心上同时运行。
异步性:
进程概念的历史演变及其对现代操作系统的影响可以从多个方面进行详细分析。
在1946年第一台计算机诞生时,算机工作采用手工操作方式,没有操作系统概念。用户独占全机,资源利用率低,CPU等待时间长。
批处理系统:
多道程序系统进一步实现了多道批处理,允许多个作业同时运行,提高了CPU和I/O设的利用率。
分时系统:
这种系统允许多个用户同时联机提高了交互性和独立性,但牺牲了一定的CPU效率。
实时系统:
实时系统专注于在严格的时间范围内处理外部事件,分为实时控制系统和实时信息处理系统。
通用操作系统:
如UNIX操作系统,它是一个精干的核心,支持庞大的软件系统,对现代操作系统有重大影响。
进一步发展:
进程是操作系统中最基本、重要的概念之一。它起源于操作系统,是所有其他内容的基础。多道技术依赖于进程的抽象,使单个CPU能够实现并发运行。
进程被定义为程序在处理机上的一次执行活动,具有动态性、并发性、独立性和异步性等特征。进程与程序的区别在于,序是静态的指令和数据集合,而进程是动态的执行过程。
进程管理技术包括同步异步和阻塞非阻塞概念,用于描述进程间通信和资源访问的机制。
多任务与多用户支持:
实时统则专注于在严格的时间范围内处理外部事件。
现代操作系统特性:
现代操作系统如Dos&Windows、Unix&Solaris&Linux等,提供了用户界面、内存管理、进程调度、文件系统、设备驱动、网络通信等功能,极大地提高了计算机的效率和用户体验。
多核与并行计算:
进程概念的历史演变从早期的手工操作到现代的多核计算环境,反映了操作系统从简单到复杂、从单用户到多用户的演变过程。这一演变过程中,多进程管理的思想始终贯穿其中,成为操作系统最核心的图像。