软件工程-基础课程-操作系统_死锁.docx

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操作系统基础

1进程与线程的概念

在操作系统中，进程是程序的一次执行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。每个进程都有独立的代码和数据空间，拥有自己独立的内存单元。进程可以创建一个或多个线程，线程是进程内的一个执行单元，是CPU调度和分派的基本单位。线程共享进程的资源，如内存、文件和I/O设备，但拥有独立的栈和局部变量。

1.1示例：进程与线程的创建

在C语言中，我们可以使用fork()函数来创建一个子进程，而使用pthread_create()函数来创建一个线程。

1.1.1创建子进程的示例代码

#includestdio.h

#includeunistd.h

#includesys/wait.h

intmain(){

pid_tpid=fork();//创建子进程

if(pid0){

fprintf(stderr,Forkfailed\n);

return1;

}elseif(pid==0){

printf(子进程：PID=%d\n,getpid());

}else{

printf(父进程：PID=%d,子进程PID=%d\n,getpid(),pid);

wait(NULL);//等待子进程结束

}

return0;

}

1.1.2创建线程的示例代码

#includestdio.h

#includepthread.h

void*thread_function(void*arg){

printf(线程：PID=%d,线程ID=%lu\n,getpid(),(longunsignedint)pthread_self());

returnNULL;

}

intmain(){

pthread_tthread_id;

intret=pthread_create(thread_id,NULL,thread_function,NULL);//创建线程

if(ret!=0){

fprintf(stderr,Threadcreationfailed\n);

return1;

}

printf(主线程：PID=%d,线程ID=%lu\n,getpid(),(longunsignedint)pthread_self());

pthread_join(thread_id,NULL);//等待线程结束

return0;

}

1.2描述

在进程创建示例中，fork()函数被调用后，会创建一个与父进程几乎完全相同的子进程。子进程和父进程各自拥有独立的内存空间，它们可以并行执行，但通常子进程会继承父进程的资源和状态。

在线程创建示例中，pthread_create()函数用于创建一个新的线程。新线程与创建它的线程共享相同的进程资源，包括内存空间。这意味着线程之间的通信和数据共享比进程之间更直接和高效，但线程的错误可能会影响整个进程的稳定性。

2资源管理与分配

资源管理与分配是操作系统中的核心功能之一，它涉及到如何有效地分配和管理系统的资源，如内存、CPU时间、磁盘空间和I/O设备，以满足多个进程或线程的需求。良好的资源管理策略可以提高系统的性能和响应速度，避免资源浪费和冲突。

2.1内存管理

内存管理是操作系统中的一项重要任务，它负责为进程分配和回收内存空间，确保每个进程都有足够的内存来运行，同时避免内存碎片和内存泄漏。

2.1.1分页内存管理

分页内存管理将物理内存和虚拟内存划分为固定大小的页面，通常为4KB。操作系统使用页表来跟踪虚拟地址到物理地址的映射，这使得内存管理更加灵活和高效。

2.1.2示例：分页内存管理的页表结构

typedefstruct{

unsignedlongphysical_address;//物理地址

intvalid;//页是否有效

intdirty;//页是否被修改

intreferenced;//页是否被引用

}PageTableEntry;

typedefstruct{

PageTableEntrypage_table[1024];//假设页表大小为1024

}PageTable;

2.2CPU调度

CPU调度是操作系统决定哪个进程或线程在CPU上运行的过程。