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Operating-System/Homework/02第二章 进程线程与作业.md
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2026-06-25 00:09:09 +08:00

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第二章 进程、线程与作业

本章是操作系统的核心章节，围绕"运行中的程序如何被管理"这一中心问题，从多道程序设计的需求出发，引出进程这一最核心概念，再扩展到线程和作业。全章内容在考试中出现频率极高，是后续章节（调度、同步、通信、死锁、内存管理）的基础。

一、知识讲解

2.1 多道程序设计（Multi-programming）

2.1.1 单道程序设计的缺点

单道程序设计：内存中同时只有一道程序，程序独占所有资源顺序执行。

  • 处理机（CPU）利用率低：当程序进行 I/O 操作时，CPU 处于空闲等待状态。
  • 设备利用率低：I/O 设备串行使用，外设与 CPU 不能并行工作。
  • 内存利用率低：内存中仅有一道程序，占用空间有限。

举例：运行程序 A 时，若 A 在 t1–t2 时间段使用设备1，则 t1–t2 内 CPU 和设备2 完全空闲，整体效率很低。

2.1.2 多道程序设计的提出

多道程序设计：内存中同时存放多道程序，使它们交替运行（宏观同时，微观串行），使 CPU 与 I/O 设备并行工作，从而提高资源利用率。

  • 核心思想：当一道程序因 I/O 暂停时，CPU 可立即转去运行另一道程序。
  • 效果：处理机、设备、内存等资源利用率显著提升，系统效率（吞吐量）提高。

通俗理解：A 程序等打印机时，B 程序正在用 CPU 算数学——两不耽误。

2.1.3 多道程序设计的道数问题

  • 道数过少：资源利用率仍低。
  • 道数过多：系统开销（system overhead）增大，进程切换频繁，程序响应速度下降。
  • 结论：道数应与系统资源数量相当。

2.1.4 多道程序设计带来的新问题

资源 需解决的问题
处理机 程序个数 > 处理机个数，如何分配？（CPU 调度）
内存 地址空间的相对独立性、共享性；内存与外存（swap space）的分配与去配
设备 分配策略；I/O 控制

这三大问题分别引出后续章节的"处理机管理（进程与调度）"、"存储管理"、"设备管理"。

2.2 进程的引入

2.2.1 进程的概念

进程（Process） 是操作系统中最基本、最重要的概念之一。

  • 定义1：可参与并发执行的程序称为进程。
  • 定义2：进程是具有一定独立功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动。

定义强调两方面：

  1. 动态性：进程是"执行中的程序"，不是静态代码。
  2. 并发性：进程可与其他进程同时执行（宏观同时）。

程序 vs 进程：

  • 程序是静态的指令集合，可长期保存在磁盘上。
  • 进程是动态的执行实体，有从创建到消亡的生存期。
  • 一个程序可对应多个进程（如多个用户运行 vi）；一个进程在某时刻只能执行一个程序。

2.2.2 并发（Concurrent） vs 并行（Parallel）

概念 含义 是否需要多 CPU
并发 宏观同时，交替执行（分时复用） 否
并行 微观同时，真正同时执行 是

单 CPU 系统上"边听音乐边写文档"是并发；多核 CPU 上两件事同时跑是并行。

2.2.3 多道系统中程序的运行特点

  • 程序不断推进 → 暂停 → 推进 → 暂停。
  • 暂停时必须保存现场（PSW、PC、寄存器等），便于恢复。
  • 推进时恢复现场。
  • 暂停原因：
    1. 自身原因：等待资源、启动 I/O。
    2. 被剥夺 CPU——给其他程序运行机会。

2.2.4 进程状态及状态转换

基本三状态：

状态 英文 含义
运行态 RUN 占有 CPU，正在向前推进
就绪态 READY 具备运行条件，只差 CPU
等待态（阻塞态） WAIT 等待某事件发生（如 I/O 完成）

状态转换（共 4 种）：

转换 触发条件
就绪 → 运行 获得处理机（被调度）
运行 → 就绪 时间片到，被剥夺处理机
运行 → 等待 申请资源未得到 / 启动 I/O
等待 → 就绪 资源得到 / I/O 中断事件发生

重要注意点：

  1. 状态转换由操作系统完成，对用户透明。
  2. 就绪 → 等待 不存在！就绪态进程没有运行，不可能在等待某事件时突然被阻塞。
  3. 等待 → 运行 不存在！等待态必须先转就绪，再等调度才能运行。

考虑创建与终止的五状态模型：

在基本三状态基础上加上：

  • 初创（New）：进程刚被创建，尚未就绪。
  • 终止（Terminated）：进程已结束，等待善后处理。

2.2.5 进程控制块（PCB, Process Control Block）

定义：PCB 是标志进程存在的数据结构，其中保存系统管理进程所需的全部信息。

建立进程 = 建立 PCB；撤销 PCB = 撤销进程。

PCB 的典型内容：

类别 内容
标识信息 进程标识（pid）、家族联系（父进程 pid）、所属用户（uid）
状态信息 进程状态（RUN/READY/WAIT 等）
现场信息 PSW、PC、通用寄存器、栈指针等
地址信息 程序段、数据段、堆栈段地址
调度信息 优先级、调度参数
资源信息 打开文件、消息指针、信号
队列信息 就绪/等待队列指针

PCB 的组织方式：

  • 链接方式：同状态的 PCB 链成队列（就绪队列、等待队列）。
  • 索引方式：建立索引表。

2.2.6 进程的组成与上下文

进程的组成（三部分）：

  1. PCB：进程存在的标志。
  2. 程序（代码 code + 数据 data）。
  3. 堆栈（stack + heap）。
    • 栈：保存返回点、参数、返回值、局部变量。
    • 堆：动态分配的变量。

进程影像（Process Image）：进程的程序（代码和数据）部分。

进程的物理实体 + 支持进程运行的物理环境 = 进程上下文（Process Context）。

  • 包括：PCB + 程序 + 系统环境（地址空间、系统栈、打开文件表等）。

上下文切换（Context Switch）：由一个进程的上下文转到另一个进程的上下文。 系统开销（System Overhead）：操作系统为管理工作所花费的时间和空间。

2.2.7 进程的队列

  • 就绪队列：系统中一个或多个（取决于调度算法）。
  • 等待队列：每个等待事件一个队列（如等待打印机、等待磁盘 I/O）。
  • 运行指示字：每个处理机一个，指向当前运行进程的 PCB。
  • 队列中的 PCB 不一定 FIFO，可能按优先级排，单向或双向链表。

2.2.8 进程的类型与特征

按类型分：

类型 功能 例子（UNIX）
系统进程 运行 OS 程序，完成管理/服务功能 #0 sched、#1 init
用户进程 运行用户程序，为用户服务 vi、shell、cc

进程的特征（五大特征）：

  1. 并发性：可与其他进程一道向前推进。
  2. 动态性：动态产生与消亡，生存期内状态动态变化（最基本特征）。
  3. 独立性：一个进程是可以调度的基本单位。
  4. 交往性：同时运行的进程可能发生相互作用。
  5. 异步性：进程以各自独立、不可预知的速度向前推进。
  6. 结构性：每个进程有一个 PCB。

2.2.9 进程间相互联系与相互作用

相互联系：

  • 相关进程：同一家族，可共享文件，需相互通信、协调推进。父进程可监视子进程。
  • 无关进程：无逻辑关系、同时执行。可能产生资源竞争（互斥、死锁、饿死）。

相互作用：

  • 直接相互作用：发生在相关进程之间，通过 send/receive、信号等显式通信。
  • 间接相互作用：通过共享资源（变量、文件）隐式发生，需互斥访问。

2.2.10 进程的创建与撤销

进程创建：

  1. 建立 PCB；
  2. 分配内存；
  3. 加载程序；
  4. 入就绪链。

UNIX 系统中：

  • pid = fork()：创建子进程（复制父进程），子进程是父进程的"复制品"。
    • 返回值：父进程中返回子进程 pid（>0），子进程中返回 0。
  • execl(prog, arg0, ..., 0)：在子进程中加载并执行新程序（覆盖原程序，从头执行）。

进程撤销：

  • 去配资源、撤销 PCB、通知父进程。
  • UNIX：exit(status) 自我终止；kill 由其他进程终止。

进程家族树：除 0 号（init）外，所有进程由父进程创建，形成家族关系。

2.2.11 UNIX 进程组成（映像）

UNIX 中进程映像由三部分组成：

  1. proc 结构（常驻内存）：无论进程在内存还是外存都需的信息（p_stat、p_pid、p_ppid、p_pri、p_wchan 等）。
  2. user 结构（可换出）：仅当进程在内存时需要（u_uid、u_ofile、u_arg、u_tsize/dsize/ssize、u_procp 等）。
  3. text 结构：代码段（x_daddr、x_size、x_count）。

2.2.12 fork / vfork 的区别

特性 fork vfork
是否复制地址空间（code+data+stack） 是 否
是否复制控制结构（proc、user） 是 是
父子进程数据 各有独立拷贝 共享
典型用途 不加载新程序时 子进程立即 exec

vfork 设计目的：避免 fork 后立刻 exec 造成无意义的复制浪费。子进程与父进程共享地址空间，子进程必须立即调用 execve 改变虚拟地址空间。

2.3 线程与轻进程（Thread & Light-Weighted Process）

2.3.1 线程的引入

进程切换的问题：

  • 进程上下文内容多（PCB + 程序 + 系统栈 + 打开文件表 + ...），切换开销大、笨重。
  • 相关进程之间耦合关系差，通信代价高。

解决方案——多线程（Multi-threading）：

  • 同一进程内包含多个线程，共享进程的地址空间和资源。
  • 线程上下文只涉及寄存器和用户栈，切换速度快。
  • 同一进程内线程间通信方便（共享数据空间即可）。

2.3.2 线程的概念

线程（Thread）：进程内一个相对独立的执行流。

维度 进程 线程
资源分配单位 是 否（共享所属进程的资源）
执行/调度单位 是 是
拥有独立地址空间 是 否（共享进程的地址空间）
切换开销 大 小（light-weighted）
通信方式 IPC、共享内存等 共享进程数据空间，直接读写

多线程优点：

  1. 切换速度快（地址空间不变）。
  2. 系统开销小。
  3. 通信容易（共享数据空间）。

2.3.3 线程的结构

  • 多进程视图：每个进程有独立的内存、代码、栈、寄存器、堆。
  • 多线程视图：同一进程内的多个线程共享代码段、数据段、堆，各自有独立的栈和寄存器（PC、SP 等）。

2.3.4 线程控制块（TCB, Thread Control Block）

TCB：标志线程存在的数据结构，包含线程管理所需的全部信息。

TCB 典型内容：

  • 线程标识 tid
  • 线程状态
  • 调度参数（优先级）
  • 现场信息（通用寄存器、PC、SP）
  • 链接指针（指向同队列中其他 TCB）

TCB 存放位置：

  • 用户级线程：目态空间（用户态运行时系统）。
  • 核心级线程：系统空间（内核）。

2.3.5 线程的实现

（1）用户级线程（User-Level Thread）

  • 实现：基于 library 函数（在用户空间），OS 不可见。
  • TCB 在用户空间；线程创建、撤销、状态转换均在目态完成。
  • 优点：
    • 不依赖 OS，调度灵活，可为不同线程定制调度算法。
    • 同一进程内线程切换速度快，不需进入内核。
  • 缺点：
    • 同一进程内多线程不能真正并行（OS 调度单位仍是进程）。
    • 一个线程进入系统（系统调用）受阻，同进程其他线程全部被阻塞。

（2）核心级线程（Kernel-Level Thread）

  • 实现：基于系统调用，OS 直接管理。
  • TCB 在系统空间；创建、撤销、状态转换由 OS 完成。
  • 优点：
    • 同一进程内多线程可真正并行（多 CPU 上）。
    • 一线程阻塞，其他线程可继续。
  • 缺点：
    • 系统开销大，切换需陷入内核。
    • 调度算法不能灵活控制（由 OS 决定）。

（3）混合线程（Hybrid, 以 Solaris 为代表）

Solaris 三层结构：

  • User Level Thread（ULT）：由 Lib 程序支持（创建、调度）。
  • Light Weight Process（LWP）：中间层，每个 task 至少一个 LWP；ULT 与 LWP 多对多。
  • Kernel Level Thread（KLT）：由内核支持；LWP 与 KLT 一对一；KLT 与 CPU 多对多。

只有与 LWP 关联的 ULT 才能真正推进；LWP 对 OS 可见，是 OS 调度的实体。

2.3.6 线程的应用

  • 适合"内在的多控制流、需要共享数据"的场景。
  • 生产-消费问题：多线程比多进程快约 100 倍（共享缓冲区的开销远小于 IPC）。
  • 提高处理机与设备的并行性，在多处理机环境特别有效。
  • 经典例子：
    • Word 字处理：交互编辑（T1）、词法检查（T2）、定时保存（T3）三个线程。
    • HTTP Server：每个 HTTP 请求"弹出"一个新线程处理。

2.4 作业（Job）

2.4.1 作业的基本概念

  • 作业：用户要求计算机系统为其完成的计算任务集合。
  • 作业步（Job Step）：作业处理过程中一个相对独立的步骤；一般一个作业步可由一个进程完成；某些作业步之间可并行。
  • 作业分类：
    • 批处理作业：脱机工作，通过作业说明书提交。
    • 交互式作业：联机工作，通过终端命令交互。

2.4.2 批处理作业

  • 作业控制语言（JCL）：描述批处理作业控制意图的语言。
  • 作业说明书：JCL 语句的序列，常以特殊符号起始（如 $）。

典型 JCL 例子：

$JOB J1
$FORTN ...
$LINK ...
$EXEC ...
$ENDJOB
  • 作业控制程序：解释并处理作业说明书的程序。
  • 作业控制进程：执行作业控制程序的进程。

作业控制进程工作流程： 读入作业内容 → 释放输入井空间 → 顺取 JCL 语句 →（若是结束语句则执行该作业步 → 申请输出井空间 → 输出结果 → 自我终止）→ 循环。

2.4.3 交互式作业

  • 帐户管理：/etc/passwd 文件（用户名、口令、用户根目录、同组用户、余额等）。
  • 创建：用户提供（用户名、口令、资金）→ 系统操作员建立根目录、填 passwd。
  • 撤销：删除用户目录及所有文件，清除 passwd 对应 entry。
  • 注册/注销：
    • 注册：logon: 用户名 + password: ********。
    • 注销：显式（logoff）或隐式（长时间无输入，如 5 分钟）。

命令解释程序（Shell）工作流程：提示符 → 读入命令 → 分析 →（内部命令直接处理 / 外部命令建立子进程）→ 等待子进程结束 → 记帐 → 循环。

2.4.4 作业、进程、线程的关系（小结）

关系 说明
作业与进程 作业进入内存后变为进程；一个作业通常对应多个进程
进程与线程 一个进程一般包含多个线程，至少一个；不支持多线程的系统可视为单线程进程
作业、进程、线程 作业是面向用户的任务单位；进程是系统资源分配和独立运行单位；线程是 CPU 调度单位

2.5 现代系统中的进程/线程（Java、Linux、Windows）

2.5.1 Java 线程

Java 线程四种基本状态：

状态 含义
New 新建，尚未启动
Runnable 可运行（Java 不严格区分就绪与运行）
Blocked 封锁状态（等待锁、I/O、sleep、suspend 等）
Dead 终止

状态转换：New → start() → Runnable；Runnable → sleep()/suspend()/I/O → Blocked；Blocked → IO 完成/Resume → Runnable；Runnable → stop() → Dead。

Java 线程与 JVM：

  • Java 线程由 JVM 支持，JVM 位于 OS 之上。
  • Java 线程与 OS 线程的映射由 JVM 决定：
    • Windows NT 的 JVM：一对一。
    • Solaris 的 JVM：多对多。

2.5.2 Linux 进程与线程

  • 关键思想：Linux 内核中进程与线程具有统一的表示（均为 task_struct）。
  • 差异体现：通过与 fork 不同的 clone 系统调用区分。
    • pid = clone(function, stack_ptr, sharing_flag, arg)
    • sharing_flag：CLONE_VM（共享内存）、CLONE_FILES（共享文件）、CLONE_SIGHAND（共享信号处理）、CLONE_PID（共享 pid）等。
  • fork 可视为 clone 在所有 sharing flag 关闭时的特例。

2.5.3 Windows 10 进程、线程与纤程

Win32 进程创建过程： 应用调用 CreateProcess → Win32 子系统 → 进程管理器 → 对象管理器（OM）创建进程对象 → 进程管理器为该进程创建线程 → Win32 将进程/线程句柄返回给应用。

Windows 线程状态（5 态或更多）：

状态 含义
初始（Initialized） 线程对象刚创建
就绪（Ready） 等待 CPU
备用（Standby） 已选中，下一个时间片运行（每个 CPU 一个）
运行（Running） 正在执行
等待（Waiting） 等待某对象（信号、I/O 等）
转换（Transition） 等待栈在外（线程在内核态等待，且其用户栈不在内存）
终止（Terminated） 执行完，等待回收

转换关系：初始→就绪（创建线程对象）→备用（入就绪队列）→运行（被选中）→就绪/等待（剥夺/等待事件）→等待→就绪（唤醒）→运行（切换）→终止（执行完）。

二、考点总结

考点1：进程的定义与基本特征

  • 内容：进程是具有一定独立功能的程序关于一个数据集合的一次运行活动；强调动态性和并发性。基本特征：动态性、并发性、独立性、交往性、异步性、结构性。
  • 考查方式：选择、填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 填空：进程是程序在某个数据集合上的一次_运行活动__，是系统进行资源分配和调度的基本单位。
    2. 选择：下面哪项不是进程的特征？（D）A. 动态性 B. 并发性 C. 独立性 D. 静态性
    3. 简答：进程与程序的区别是什么？——程序是静态的指令集合，可长期保存；进程是动态的执行实体，有生存期；进程 = 程序 + PCB + 上下文；一个程序可对应多个进程，一个进程在某时刻对应一个程序。

考点2：进程三种基本状态及转换

  • 内容：就绪 R、运行 RUN、等待 W。转换有 4 种：就绪→运行、运行→就绪、运行→等待、等待→就绪。
  • 考查方式：选择、画图、填空。
  • 可能的题目：
    1. 画图：画出进程三种基本状态转换图（含四个箭头及触发条件）。
    2. 选择：下列状态转换中不可能发生的是（B）A. 运行→就绪 B. 就绪→等待 C. 等待→就绪 D. 运行→等待
    3. 填空：进程由运行态到等待态是由于申请资源未得到或启动 I/O；由等待态到就绪态是因事件发生（如 I/O 完成）。

考点3：PCB（进程控制块）

  • 内容：PCB 是标志进程存在的数据结构；含 pid、状态、现场、地址、调度、资源、队列指针等信息。建立进程 = 建立 PCB，撤销 PCB = 撤销进程。
  • 考查方式：选择、填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 选择：在操作系统中，进程存在的唯一标志是（B）A. 程序段 B. PCB C. 数据段 D. 堆栈
    2. 简答：PCB 的主要作用是什么？包含哪些信息？——PCB 是进程存在的标志，OS 通过 PCB 管理和控制进程；含进程标识、状态、现场（PC、PSW、寄存器）、地址、调度参数、打开文件、队列指针等。
    3. 填空：建立进程实质上是建立PCB；撤销进程实质上是撤销PCB。

考点4：并发与并行的区别

  • 内容：并发是宏观同时微观交替，不要求多 CPU；并行是微观真正同时，要求多 CPU。
  • 考查方式：选择、填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 选择：以下描述属于"并行"的是（C）A. 单核 CPU 上多道程序交替执行 B. 分时系统 C. 多核 CPU 上多个程序同时执行 D. 中断处理
    2. 填空：单处理机系统上的多道程序设计体现的是并发性。

考点5：进程上下文与上下文切换

  • 内容：进程上下文 = 进程物理实体（PCB+程序）+ 支持进程运行的物理环境；上下文切换 = 由一个进程的上下文转到另一个进程的上下文，会产生系统开销。
  • 考查方式：选择、简答。
  • 可能的题目：
    1. 简答：什么是进程上下文切换？开销来自哪些方面？——OS 保存当前进程的 CPU 现场（PC、PSW、寄存器等）并加载下一个进程的现场；开销来自保存/恢复现场、内核态切换、Cache/TLB 失效等。

考点6：进程与程序的联系与差别

  • 内容：进程包含一个程序；程序静态，进程动态；程序可长期保存，进程有生存期；一个程序对应多个进程，一个进程只能执行一个程序。
  • 考查方式：选择、简答、辨析。
  • 可能的题目：
    1. 判断：一个程序只能对应一个进程。（错）多用户多次运行同一程序产生多个进程。
    2. 简答：进程和程序的主要区别。

考点7：进程家族与 fork/exec

  • 内容：除 0 号 init 外所有进程由父进程创建；fork() 复制父进程，返回值在父进程中为子进程 pid（>0），子进程中为 0；execl() 加载并执行新程序（覆盖原程序）；exit() 自我终止；wait() 等待子进程结束。
  • 考查方式：程序分析题、简答。
  • 可能的题目：
    1. 程序分析：写出 pid = fork(); 后父子进程各自看到的 pid 值。父进程：pid > 0（子进程编号）；子进程：pid = 0。
    2. 简答：fork 与 vfork 的区别。fork 复制地址空间（code+data+stack），父子进程数据独立；vfork 不复制地址空间，父子共享，子进程必须立即 execve。

考点8：线程的概念与特点

  • 内容：线程是进程内一个相对独立的执行流，是 CPU 调度单位；同一进程内线程共享地址空间和资源；线程切换开销小、通信易。
  • 考查方式：选择、填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 选择：以下关于线程的叙述中，错误的是（D）A. 线程是 CPU 调度的基本单位 B. 同一进程内的线程共享地址空间 C. 线程切换比进程切换开销小 D. 线程是资源分配的基本单位
    2. 填空：进程是资源分配单位，线程是**执行（调度）**单位。

考点9：进程 vs 线程对比

  • 内容：
维度 进程 线程
资源分配单位 是 否（共享所属进程）
调度单位 是 是
地址空间 独立 共享（同一进程内）
切换开销 大 小
通信方式 复杂（IPC） 简单（共享数据）
  • 考查方式：选择、简答、表格填空。
  • 可能的题目：
    1. 简答：为什么引入线程？——减小进程切换开销；提高并发度；同进程内线程通信方便。

考点10：用户级线程 vs 核心级线程

  • 内容：
特性 用户级线程 核心级线程
实现 用户态 Library 系统调用
TCB 位置 用户空间 系统空间
切换是否进内核 否 是
切换速度 快 慢
同一进程多线程并行 否 是
一线程阻塞影响 阻塞同进程所有线程 其他线程可继续
调度灵活性 高 受 OS 限制
  • 考查方式：选择、简答、对比表。
  • 可能的题目：
    1. 选择：用户级线程的主要缺点是（C）A. 切换慢 B. 不能并发 C. 同一进程内一线程阻塞会导致整个进程阻塞 D. 占用系统资源多
    2. 简答：用户级线程与核心级线程的优缺点对比。

考点11：混合线程（Solaris 模型）

  • 内容：ULT 与 LWP 多对多；LWP 与 KLT 一对一；KLT 与 CPU 多对多；只有与 LWP 关联的 ULT 才能推进。
  • 考查方式：选择、填空、画图。
  • 可能的题目：
    1. 填空：在 Solaris 混合线程模型中，LWP 是连接用户级线程和核心级线程的中间层。
    2. 画图：画出 Solaris 三层线程模型（ULT → LWP → KLT → CPU）的多对多映射。

考点12：作业的概念与分类

  • 内容：作业是用户要求计算机完成的任务集合；作业步是作业内相对独立的步骤，一般一个作业步由一个进程完成；分为批处理作业和交互式作业。
  • 考查方式：选择、填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 填空：作业由内存进入系统后变为进程；一个作业通常对应多个进程。
    2. 选择：下列关于作业的叙述错误的是（B）A. 一个作业可包含多个作业步 B. 一个作业步必须由多个进程完成 C. 作业是用户提交任务的基本单位 D. 批处理作业通过 JCL 描述

考点13：批处理作业与 JCL

  • 内容：JCL 是描述批处理作业控制意图的语言；作业说明书是 JCL 语句序列；由作业控制程序解释执行；作业控制进程执行作业控制程序。
  • 考查方式：填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 填空：描述批处理作业控制意图的语言称为JCL（作业控制语言）；JCL 语句的序列称为作业说明书。
    2. 简答：简述批处理作业的处理流程（作业控制进程工作流程）。

考点14：交互式作业与命令解释程序

  • 内容：交互式作业通过终端命令与系统交互；需注册（logon/password）和注销（logoff 或超时隐式注销）；命令解释程序（Shell）负责读入、分析、执行命令；内部命令直接处理，外部命令建立子进程。
  • 考查方式：填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 简答：简述命令解释程序的工作流程。提示符 → 读入命令 → 分析 →（内部命令处理 / 外部命令建子进程）→ 等待子进程结束 → 记帐 → 循环。
    2. 填空：交互式作业的隐式注销通常发生在长时间无输入时。

考点15：作业、进程、线程关系总结

  • 内容：作业 → 进程 → 线程。作业是面向用户的任务单位，作业进入内存后变为进程；进程是资源分配单位，进程内可有多个线程；线程是调度单位。
  • 考查方式：简答、画关系图。
  • 可能的题目：
    1. 简答：简述作业、进程、线程三者之间的关系。
    2. 画图：画出作业 → 作业步 → 进程 → 线程 的包含与映射关系。

考点16：UNIX 进程映像（proc/user/text）

  • 内容：proc 常驻内存（无论进程在内存还是外存都需要的信息：p_stat、p_pid、p_ppid 等）；user 可换出（仅进程在内存时需要：u_uid、u_ofile、u_procp 等）；text 是代码段（x_count 引用计数）。
  • 考查方式：选择、填空。
  • 可能的题目：
    1. 选择：UNIX 进程映像中，常驻内存的部分是（A）A. proc 结构 B. user 结构 C. text 结构 D. 用户栈
    2. 填空：UNIX 中保存进程打开文件表的是 user 结构。

考点17：Linux 的 clone 与统一表示

  • 内容：Linux 进程与线程在系统内部统一表示为 task_struct；通过 clone 调用及 sharing flag（CLONE_VM、CLONE_FILES、CLONE_SIGHAND、CLONE_PID）区分。
  • 考查方式：选择、填空、简答。
  • 可能的题目：
    1. 简答：Linux 中进程与线程在系统内部是如何表示的？它们如何区分？——统一表示为 task_struct；通过 clone 系统调用的 sharing_flag 区分共享资源范围。

考点18：Windows 线程状态

  • 内容：Windows 线程有 6 种状态：初始、就绪、备用、运行、等待、转换、终止。
  • 考查方式：画图、选择。
  • 可能的题目：
    1. 画图：画出 Windows 线程状态转换图（含各转换触发条件）。
    2. 填空：Windows 中"备用（Standby）"状态表示线程已被选中为下一个时间片的执行者（每 CPU 一个）。

考点19：Java 线程状态

  • 内容：Java 线程 4 态：New、Runnable、Blocked、Dead。
  • 考查方式：选择、画图。
  • 可能的题目：
    1. 选择：Java 线程调用 sleep() 后进入（D）A. New B. Runnable C. Dead D. Blocked
    2. 画图：画出 Java 线程状态转换图。

考点20：多道程序设计的道数与系统开销

  • 内容：道数过少资源利用率低；道数过多系统开销增大、响应速度下降；应与系统资源数量相当。
  • 考查方式：简答、选择。
  • 可能的题目：
    1. 简答：多道程序设计的道数是否越多越好？为什么？——不是。道数过多会使进程切换频繁，系统开销增大，程序响应速度下降。

考点21：进程间相互作用

  • 内容：直接相互作用（相关进程间 send/receive/同步/互斥）；间接相互作用（通过共享资源）。
  • 考查方式：简答、举例。
  • 可能的题目：
    1. 简答：进程间有哪两种相互作用方式？各举一例。——直接相互作用（相关进程间通信，如 send/receive、信号量同步）；间接相互作用（通过共享资源访问发生竞争，如打印机互斥使用）。

学习提示：本章是 OS 课程的基石，后续"处理机调度"、"进程同步与通信"、"死锁"等章节都以本章的进程/线程概念为基础。复习时应重点理解进程状态的转换图、PCB 作用、进程 vs 线程、用户级 vs 核心级线程、fork/exec 流程、作业与进程的关系等核心考点。

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