操作系统是计算机的大脑和调度中心，理解它是每个程序员和系统工程师进阶的必经之路。本文系统梳理了操作系统的类型、进程与线程管理、并发控制及死锁问题，帮助你掌握扎实基础。
一、操作系统概述
操作系统（Operating System，简称OS）是计算机硬件和应用程序之间的桥梁，负责管理硬件资源并为应用程序提供运行环境。
核心作用：
资源管理：统筹调度CPU、内存、存储设备和外设
程序执行环境：提供系统调用，保证程序运行安全
抽象硬件：隐藏硬件复杂性，统一接口调用
二、操作系统的类型
三、单操作系统的特征与限制
特征：一台机器只运行一个操作系统实例，统一管理硬件资源和用户任务。
限制：扩展性和容错性有限，难以支持现代大规模分布式和云计算需求。
四、进程与程序
五、进程的状态及状态模型
1. 三态模型
操作系统经典的进程状态模型包含：
状态转换示意
+------------+ 调度 +------------+
| 就绪态 | -------------> | 运行态 |
+------------+ +------------+
^ |
| 时间片用完或中断 | 请求I/O或等待资源
| v
+------------+ <------------- +------------+
| 等待态 | 事件完成 | 运行态 |
+------------+ +------------+
2. 五态模型（细化进程状态）
为了更细致地管理进程，现代操作系统引入了“活动”与“静止”的状态划分，常用的五态模型包括：
五态模型状态转换及原因
允许（New）
↓ 创建完成
活动就绪（Ready Active） <----> 运行（Running）
↑ ↓
激活（唤醒） 时间片用完/等待事件
↓ ↓
静止就绪（Ready Suspended） ←→ 活动阻塞（Blocked Active）
↑ ↓
激活（调入内存） 挂起（换出内存）
↓ ↓
静止阻塞（Blocked Suspended） ←→ 终止（Terminated）
允许 → 活动就绪：进程初始化完成，准备运行。
活动就绪 ↔ 运行：CPU调度使进程运行；时间片用完或被抢占返回就绪。
运行 → 活动阻塞：等待I/O或资源，进入阻塞状态。
活动阻塞 → 活动就绪：等待事件完成，重新就绪。
活动就绪/阻塞 → 静止就绪/阻塞：系统因内存不足等因素将进程换出内存，挂起进程。
静止就绪/阻塞 → 活动就绪/阻塞：进程被调入内存，重新激活。
静止阻塞 → 终止：进程执行完毕或被强制终止，释放资源。
六、线程
线程定义
线程是进程中可独立调度执行的最小单位，多个线程共享同一进程的地址空间和资源。
线程与进程对比
线程优势与风险
优势：提升CPU利用率，减少调度开销
风险：共享内存导致数据竞争，需要同步控制
七、并发控制：信号量与PV操作
信号量简介
信号量是操作系统提供的同步机制，用于管理对共享资源的互斥访问。
PV操作
P（等待）操作：试图申请资源，若资源不足则阻塞。
V（释放）操作：释放资源，唤醒等待进程。
伪代码示例：
P(S):
while (S <= 0) wait;
S = S - 1;
V(S):
S = S + 1;
八、死锁
什么是死锁？
多个进程或线程相互等待对方持有的资源，导致所有进程无法继续执行的僵局。
死锁四个必要条件
互斥条件
占有且等待
不可抢占
循环等待
死锁示例
进程A持有资源R1，等待R2；
进程B持有资源R2，等待R1；
双方相互等待，形成死锁。
死锁解决策略
实践建议
避免锁嵌套
统一锁顺序
设置锁超时