第 3 章程序

程序是現代分時作業系統的工作單元。

程序是資源分配的基本單位。

執行緒是程式執行的最小單位。

程序是執行的程式，這是一種非正式的說法。程序不只是程式**（也稱文字段），程序還包括資料（程式計數器的值和處理器暫存器的內容等）、程序堆疊（包括臨時資料，如函式引數、返回位址和區域性變數）和資料段（包括全域性變數）和堆。　

記憶體中的程序

新的（new）：程序正在建立

執行（running）：指令正在執行

等待（waitting）：程序等待發生某個時間（如i/o完成或收到訊號）

就緒（ready）：程序等待分派處理器

終止（terminated）：程序已經完成執行

多道程式設計的目標是，無論何時都有程序執行，從而最大化cpu利用率。分時作業系統的目的是在程序間快速切換cpu，以便使用者在程式執行時能與其互動。為了滿足這些目的，程式排程器選擇乙個可用程序到cpu上執行。單處理系統不會具有多個正在執行的程序。

程序在進入系統時，會被加到作業佇列（job queue），這個佇列包括系統內的所有程序。

駐留在記憶體中的、就緒的、等待執行的程序儲存在就緒佇列。

等待特定 i/o 裝置的程序列表被稱為裝置佇列。每個裝置都有自己的裝置佇列。

最初，新程序被加到就緒佇列中等待，知道被選中執行。當該程序被分配到cpu上執行時，一下時間可能發生：

前面兩種情況，程序最終會從等待狀態切換到就緒狀態，並放回到就緒佇列。程序重複這一迴圈知道終止，然後會從所有佇列中刪除，其pgb和資源也被釋放。

程序會在各種排程佇列之間遷移，作業系統wield排程必須按一定方式從這些佇列中選擇程序。程序選擇通過適當排程器或排程程式來執行。

通常，對於批處理系統，提交的程序多於可以立即執行的程序，這些程序會被儲存到大容量儲存裝置（通常為磁碟）的緩衝池中，以便執行。長期排程程式從該池中你那個選擇程式，加到記憶體，以便執行。短期排程程式或cpu排程程式從準備執行的程序中選擇程序，並分配cpu。

這兩種排程程式的主要區別是執行頻率。

短期排程程序必須經常為cpu選擇新的程序。

長期排程程序執行並不頻繁。長期排程程式控制多道程式程度（記憶體中的程序數量）。長期排程程式進行認真的選擇，應該選擇i/o密集型和cpu密集型的合理程序組合。

有的作業系統如分時作業系統可能引入乙個額外的中期排程程式。思想是可將程序從記憶體中換入換出。

當中斷發生時，系統需要儲存當前執行在cpu上的程序的上下文，以便在處理後能夠恢復上下文，即先掛起程序，再恢復程序。程序上下文採用pgb表示。

切換cpu到另乙個程序需要儲存當前程序狀態和恢復另乙個程序的狀態，這個任務稱為上下文切換。

大多數系統的程序能夠併發執行，它們可以動態地建立和刪除，因此作業系統必須提供機制，以建立程序和終止程序。

程序（父程序）在執行的過程可以建立多個子程序，從而形成程序樹。

大多數的作業系統對程序的識別採用的是唯一的程序識別符pid，通常是乙個整數。

程序建立新程序時，父程序可以與子程序併發執行；父程序等待子程序部分或全部子程序執行完。

作業系統的併發執行的程式可以是獨立的也可以是協作的，與其他程序共享資料的是協作程序。允許程序協助的理由：資訊共享、計算加速、模組化、方便。

協助程序需要一種程序間的通訊機制，以允許程序相互交換資料和資訊。程序間通訊有兩種基本模型：共享記憶體和訊息傳遞。

共享記憶體模型會建立一塊供協作程序共享的記憶體區域，程序提供向此共享區域讀出或寫入資料來交換資訊。

訊息傳遞模型提供在協作程序間交換訊息來通訊。

訊息傳遞對交換較少的資料很有用，因為無需避免衝突。對於多核系統，訊息傳遞的效能要優於共享記憶體。共享記憶體會有快取記憶體一致性問題。

第 3 章 程序