在操作系统中引入进程概念的主要目的

一、提升操作系统的并发性

在早期的操作系统中，程序之间的执行是串行的，一个任务执行完成后才会继续下一个任务。这样的操作系统在效率和资源利用率上存在一定问题。引入进程概念后，操作系统可以同时执行多个任务，并轮流分配CPU时间片，充分利用处理器资源，提升了操作系统的并发性。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>

int main() {
  // 创建新进程
  pid_t pid = fork();

  if (pid == 0) {
    // 子进程执行任务 A
    printf("Hello, I am child process. My pid is %d, I am executing task A.\n", getpid());
  } else if (pid > 0) {
    // 父进程执行任务 B
    printf("Hello, I am parent process. My pid is %d, I am executing task B.\n", getpid());
  } else {
    // 进程创建失败
    printf("Failed to create new process.\n");
    exit(1);
  }

  return 0;
}

二、提高程序的可靠性

如果操作系统不引入进程概念，一个程序崩溃或出现其他问题，将会导致整个系统崩溃。而有了进程，每个程序运行在自己的进程空间中，不会相互影响，一个程序崩溃只会影响到该进程，不会影响到其他进程，提高了程序的可靠性。

三、实现操作系统的多道程序设计

通过进程概念，操作系统可以实现多道程序设计，即在内存中同时加载多个程序，并分别给予CPU时间片，使得多个程序同时执行。这增加了资源的利用率，提高了操作效率。

#include <pthread.h>
#include <stdio.h>

void *taskA(void *arg) {
  // 执行任务 A
  printf("Thread A is running.\n");
  pthread_exit(NULL);
}

void *taskB(void *arg) {
  // 执行任务 B
  printf("Thread B is running.\n");
  pthread_exit(NULL);
}

int main() {
  pthread_t tidA, tidB;
  // 创建线程 A 执行任务 A
  pthread_create(&tidA, NULL, taskA, NULL);
  // 创建线程 B 执行任务 B
  pthread_create(&tidB, NULL, taskB, NULL);

  // 等待线程 A 和线程 B 执行完成
  pthread_join(tidA, NULL);
  pthread_join(tidB, NULL);

  return 0;
}

四、实现进程间通信

多个进程之间需要进行通信、数据共享，进程之间互相访问彼此的资源等。操作系统可以通过一些方法实现进程间通信，比如管道、共享内存、消息队列等。这样进程之间可以实现数据共享，提高了效率。

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>

#define BUFFER_SIZE 25
#define READ_END 0
#define WRITE_END 1

int main() {
  char write_msg[BUFFER_SIZE] = "Greetings!";
  char read_msg[BUFFER_SIZE];
  int fd[2];
  pid_t pid;

  // 创建管道
  if (pipe(fd) == -1) {
    fprintf(stderr, "Pipe failed");
    return 1;
  }

  // 创建新进程
  pid = fork();

  if (pid < 0) {
    fprintf(stderr, "Fork failed");
    return 1;
  }

  if (pid > 0) {
    // 父进程写入消息
    close(fd[READ_END]);
    write(fd[WRITE_END], write_msg, BUFFER_SIZE);
    close(fd[WRITE_END]);
  } else {
    // 子进程读取消息
    close(fd[WRITE_END]);
    read(fd[READ_END], read_msg, BUFFER_SIZE);
    printf("Child: %s\n", read_msg);
    close(fd[READ_END]);
  }

  return 0;
}