1.程序的基本概念
（1）程式順序執行時的特徵：順序性
封閉性：程式一旦開始執行，其計算結果不受外界因素影響
可再現性：程式執行只要初始條件一樣，不論如何停頓，重複多少次結果都一樣
（2）程式併發執行時的特徵：間斷性
失去封閉性：執行程式受其他程式影響
結果不可再現性
並非所有程式都能併發執行，只有不存在前趨關係的程式之間才有可能併發執行
2.程序的描述
（1）程式：程式段+資料段
程序實體（程序映像）：程式段+資料段+PCB（Process Control Block，程序控制塊）
PCB（Process Control Block，程序控制塊）：存放程序的管理和控制資訊的資料結構
分析OS排程某程序的過程

1）查該程序的PCB，獲取其狀態、優先順序；
2）根據PCB儲存的處理機狀態資訊，恢復現場；
3）根據PCB中程式和資料的記憶體始址，找到其程式和資料；
4）執行中的同步訊號等也要查閱PCB，暫停時程序執行的處理機環境儲存回PCB
（2）程序的定義：程序是程序實體的執行過程，是系統進行資源分配和排程的一個獨立單位。
程序的根本——PCB，PCB 是程序存在的唯一標誌
（3）程序的特徵：動態性（程序最基本的特徵）
併發性（有PCB的程式才能併發）
獨立性
非同步性
（4）程序的基本狀態
（1)就緒狀態(Ready)
程序獲得除CPU之外的所有必需資源，一旦得到CPU控制權，可立即執行。
就緒態的程序可有多個，排列成一個佇列，稱為就緒佇列。
(2)執行狀態(Running)
程序已獲得所有執行必需的資源，正在處理機上執行。單處理機系統，執行態的程序只有一個。
(3)阻塞狀態(Blocked)
正在執行的程序由於發生某事件（請求I/O、申請緩衝、時間片到）而暫時無法執行時，便放棄CPU後暫停
阻塞態的程序可有多個，排列成一個佇列，稱為阻塞佇列。根據阻塞原因不同，會設定多個阻塞佇列。

（5）掛起操作
不少系統除上述三種狀態，還有其他一些細節狀態：掛起、新建、終止狀態等。
掛起狀態：就緒的、但不會被排程執行

（6）程序控制塊中的資訊
1）程序識別符號：用於唯一的標識一個程序
2）處理機狀態
3）程序排程資訊
4）程序控制資訊
（7）PCB資訊的存放
採用的資料結構：PCB結構體，PCB連結串列或佇列
（8）PCB的組織方式
1）線性方式
2）連結方式
同一狀態的PCB，依靠連結指標連結成佇列。就緒佇列；若干個阻塞佇列；空白佇列（PCB區的空PCB塊）
3）索引方式
同狀態的PCB同樣集中記錄，但以索引表的方式記錄PCB的地址。用專門的單元記錄各索引表的首地址。
管理系統所有PCB時，系統的幾個關鍵指標有：執行指標、就緒指標、阻塞指標、空閒指標
3.程序控制與同步
（1）程序控制的基本過程
程序的建立：
(1) 申請空白PCB
(2) 為新程序分配資源：主要是記憶體資源的處理
(3) 初始化程序控制塊：識別符號（包括父程序的）、程式計數器指向程式入口地址，就緒態、優先順序等資訊的填寫。
(4) 將新程序插入就緒佇列
原語是由若干指令構成的原子操作過程，作為整體實現功能，不可被打斷。
程序的終止：
引起程序中終止的事件：正常結束、異常結束、外界干預
終止過程：
1) 根據程序標示符，檢索出該程序PCB，讀其狀態。
2) 歸還全部資源至其父程序或系統。
3) 將該程序PCB從所在佇列或連結串列中移出。
程序的阻塞與喚醒：
由程序呼叫阻塞原語阻塞自己，是主動行為：
（1）將PCB中的狀態改為阻塞
（2）該PCB加入到阻塞佇列中
（3）轉程序排程，將處理機分配給另一程序
（4）進行程序切換，即根據兩切換程序的PCB，保護與重新設定處理機狀態。
程序的掛起與啟用：
掛起原語將指定程序或阻塞程序掛起。
（1）檢查被掛起程序的狀態，活動就緒則改為靜止就緒，活動阻塞則改為靜止阻塞
（2）將該PCB複製到記憶體（方便檢查）/外存（對換）指定區域
（3）若掛起的程序是執行態，則需重新進行程序排程。
程序只能掛起自己或其子孫程序。
（2）程序同步
控制同步的關鍵：不被打斷的進行標誌值的判斷和修改
1）程序同步的主要任務：
使併發執行的諸程序之間能有效地共享資源和相互合作，從而使程式的執行具有可再現性。
2）臨界資源：一次僅允許一個程序使用的資源。
3）互斥：在作業系統中，當一個程序進入臨界區使用臨界資源時，另一個程序必須等待，直到佔用臨界資源的程序退
出臨界區，我們稱程序之間的這種相互制約關係為“互斥”。
同步：多個相互合作的程序，在一些關鍵點上可能需要互相等待或互相交換資訊，這種相互制約關係稱為程序同步
關係。可理解為“有序”。
4）臨界區：每個程序中訪問臨界資源的那段程式碼叫臨界區。
5）同步機制應遵循的規則
空閒讓進：資源使用最基本原則
忙則等待：保證互斥
有限等待：合適時被喚醒防止死等
讓權等待：能主動釋放CPU防止忙等
4.訊號量機制
（1）整形訊號量 （符合有限等待原則，但不符合讓權等待原則）
P操作 wait(S):
While S<=0 do no-op;
S:=S-1;
V操作 signal(S):
S:=S+1;
（2）記錄型訊號量
定義訊號量semaphore代表可用資源實體的數量。
P操作wait():
S.value = S.value - 1;
if S.value < 0 then block(S,L) //當≥0，代表可供併發程序使用的資源實體數
V操作signal()：
S.value = S.value + 1;
if S.value <= 0 then wakeup(S,L) //將程序喚醒，由阻塞態改為就緒態 .當<0，表示正在等待使用該資源的程序數。
(3)訊號量的基本應用
實現互斥：
1）互斥訊號量mutex初值為1；
2）每個程序中將臨界區程式碼置於P(mutex)和V(mutex)原語之間
3）必須成對使用P和V原語（在同一程序中），不能次序錯誤、重複或遺漏
實現有序：
併發執行的程序P1和P2中，分別有程式碼C1和C2，要求C1要在C2開始前完成。
P1 ： C1 ；signal(S)；
P2 ： wait(S)；C2 ；
同步訊號量成對出現在不同程序中
（4）and型訊號量
Swait(S1, S2, …, Sn)
if （S1 >=1 and … and Sn>=1 ）then
for i:=1 to n do
Si:= Si -1 ;
endfor
else
將程序阻塞在第一個不能滿足資源訊號量的佇列中。
endif

Ssignal(S1, S2, …, Sn)
for i:=1 to n do
Si:= Si +1 ;
喚醒所以與si相關的阻塞程序
endfor
（5）訊號量集
Swait(S1, t1, d1, …, Sn, tn, dn)
S 為訊號量（現有值）；t 為下限值（現有不能少於該條件）；d 為需求值；
Ssignal(S1, d1, …, Sn, dn)
只有一個訊號量S的幾種特殊情況：
Swait(S, d, d)，，允許每次申請d個資源，若現有資源數少於d，不予分配。
Swait(S, 1, 1)，蛻化為一般的記錄型訊號量，一次申請一個，至多分配一個(S>1時可計數，或S=1時可控制互斥)。
Swait(S, 1, 0)，當S>=1時，允許多個程序進入某特定區，當S變為0後，阻止任何程序進入特定區，相當於可控開關。並不
對S資源的數量產生影響。