在操作系統中引入進程概念的主要目的

一、提升操作系統的並發性

在早期的操作系統中，程序之間的執行是串行的，一個任務執行完成後才會繼續下一個任務。這樣的操作系統在效率和資源利用率上存在一定問題。引入進程概念後，操作系統可以同時執行多個任務，並輪流分配CPU時間片，充分利用處理器資源，提升了操作系統的並發性。

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

int main() {
  // 創建新進程
  pid_t pid = fork();

  if (pid == 0) {
    // 子進程執行任務 A
    printf("Hello, I am child process. My pid is %d, I am executing task A.\n", getpid());
  } else if (pid > 0) {
    // 父進程執行任務 B
    printf("Hello, I am parent process. My pid is %d, I am executing task B.\n", getpid());
  } else {
    // 進程創建失敗
    printf("Failed to create new process.\n");
    exit(1);
  }

  return 0;
}

二、提高程序的可靠性

如果操作系統不引入進程概念，一個程序崩潰或出現其他問題，將會導致整個系統崩潰。而有了進程，每個程序運行在自己的進程空間中，不會相互影響，一個程序崩潰只會影響到該進程，不會影響到其他進程，提高了程序的可靠性。

三、實現操作系統的多道程序設計

通過進程概念，操作系統可以實現多道程序設計，即在內存中同時加載多個程序，並分別給予CPU時間片，使得多個程序同時執行。這增加了資源的利用率，提高了操作效率。

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

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

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

int main() {
  pthread_t tidA, tidB;
  // 創建線程 A 執行任務 A
  pthread_create(&tidA, NULL, taskA, NULL);
  // 創建線程 B 執行任務 B
  pthread_create(&tidB, NULL, taskB, NULL);

  // 等待線程 A 和線程 B 執行完成
  pthread_join(tidA, NULL);
  pthread_join(tidB, NULL);

  return 0;
}

四、實現進程間通信

多個進程之間需要進行通信、數據共享，進程之間互相訪問彼此的資源等。操作系統可以通過一些方法實現進程間通信，比如管道、共享內存、消息隊列等。這樣進程之間可以實現數據共享，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;

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

  // 創建新進程
  pid = fork();

  if (pid  0) {
    // 父進程寫入消息
    close(fd[READ_END]);
    write(fd[WRITE_END], write_msg, BUFFER_SIZE);
    close(fd[WRITE_END]);
  } else {
    // 子進程讀取消息
    close(fd[WRITE_END]);
    read(fd[READ_END], read_msg, BUFFER_SIZE);
    printf("Child: %s\n", read_msg);
    close(fd[READ_END]);
  }

  return 0;
}