进程、内存与持久性的工作方式

进程、线程与调度

前置：能区分进程、线程、就绪与阻塞，理解队列和时间片；Python 3.10+ 仅用于轮转调度模型。教学范围为OSTEP虚拟化/并发/持久化模型；Python 3.10+。核对日期2026-10-17。示例未执行，本轮没有安装依赖、生成协议代码、启动服务或浏览器预览。完整文件与输入见轮转调度模型、输入与练习；推演结论只适用于写明的模型。

进程与线程共享什么

两个线程处理同一进程的计数器时会访问相同堆地址，但各自暂停位置与局部调用链不同。单核可以交错执行两个线程，多核才可能在同一瞬间并行；共享地址不代表共享数据自动免于竞争。

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进程与线程共享什么首先区分地址空间与执行上下文。同进程线程通常共享堆与全局数据，各自有寄存器和栈；进程隔离也可通过显式共享内存打通。线程数不是可同时占用CPU核数，并发与并行也不是同一个概念。

系统调用为什么切换

一次立即完成的系统调用可以始终由同一个线程执行。只有需要等待或被抢占等情况，调度器才可能选择另一个线程；因此不能把用户态进入内核态等同于任务更换。

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系统调用为什么切换：普通代码不能任意改页表或设备状态，受控入口进入内核处理特权操作。模式切换不必更换进程，进程上下文切换则还需恢复调度对象状态；不能把每次函数调用都算成系统调用。

轮转调度计算模型

轮转调度计算模型给就绪任务一个有限时间片，用完移到队尾。本文假设任务均在时刻0到达、单CPU、无IO和切换开销，因而能手算公平性；真实调度器还需优先级、唤醒和多核亲和，不能用教学输出预测Linux时延。

来源与适用边界

• 英文官方、作者或规范原文：本专题机制依据；按上述固定版本族阅读。
• 中文官方或作者资料：用于术语和讲解交叉核对，冲突以原始规范为准。

虚拟内存、并发与死锁

分页与地址转换

页大小4KiB时，虚拟地址0x1234拆为页号1、偏移0x234。若页表把虚拟页1映到物理页框9，物理地址就是0x9234。TLB未命中时页表仍可能给出有效映射，不需要从磁盘读取。

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分页与地址转换把虚拟地址拆成页号和页内偏移，通过页表找物理页。TLB缓存翻译结果，TLB未命中并不必然缺页；缺页意味着映射或权限需要内核处理，可能是合法按需分配也可能终止进程。

丢更新与临界区

下图是一种合法交错，最终只有1而非2。要保护的是读取、计算、写回整体；锁住两个独立的写回动作仍无法修复此前读到旧值的问题。原子递增也必须符合相应语言的同步规则。

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丢更新与临界区可手推：两个线程都读到0，各自加1再写回1。读改写不是单个原子操作，需要互斥或适当原子协议覆盖完整临界区。只给写操作加锁仍允许两个线程先读旧值，内存可见性也需语言内存模型约束。

死锁四条件与顺序

假设两把不可重入互斥锁，每把只有一个持有者，线程不会主动释放已持锁。A持L1等L2，B持L2等L1形成等待环。若全部线程始终先取L1再取L2，B无法先持L2，下面这个环就无法形成。

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死锁四条件与顺序包括互斥、占有等待、不可剥夺与循环等待。给资源全局顺序并始终按序获取可以破坏循环等待；超时只是退出策略，未释放已持资源会继续阻塞。饥饿不一定形成环，需要另查调度与公平性。

来源与适用边界

• 英文官方、作者或规范原文：本专题机制依据；按上述固定版本族阅读。
• 中文官方或作者资料：用于术语和讲解交叉核对，冲突以原始规范为准。

文件持久性与操作系统排错

文件持久性边界

图中每个箭头都跨越不同缓冲边界。write成功通常先表示内核接收字节，持久化接口要求把相关状态推进到所承诺的存储边界；原子替换还要考虑目录项。具体保证由文件系统、接口和设备决定，不能仅靠一次close推断掉电结果。

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文件持久性边界针对崩溃模型，要区分应用缓存、内核缓存与稳定存储。写入函数返回不意味着断电后一定保留，原子替换文件还涉及文件内容与目录项的持久顺序。日志恢复修复的是规定故障模型中的一致性，不能代替备份。

操作系统现象证据

操作系统现象证据应区分任务正在运行、可运行但排队，或阻塞等IO。CPU低并不能证明程序空闲，可能所有线程等锁；内存占用也不能直接当泄漏，缓存与映射需分别解释。本轮只手推模型，无系统性能采样。

操作系统阅读边界

操作系统阅读边界采用作者英文OSTEP与作者站点中文译本，围绕虚拟化、并发和持久化。历史自考笔记仍作为考试资料保留，错误题集不是当前内核规范；新课不将考试口径推广为所有平台行为。

来源与适用边界

• 英文官方、作者或规范原文：本专题机制依据；按上述固定版本族阅读。
• 中文官方或作者资料：用于术语和讲解交叉核对，冲突以原始规范为准。
• 相关既有参考：原URL与专业范围保留；历史案例不能自动代表当前实现。