Procesy a vlákna v operačních systémech (OS) vždy patřily k mým oblíbeným tématům v informatice. Umožňují mnohem hlouběji pochopit, jak OS spravuje programy v různých fázích jejich provádění, řeší problémy týkající se paměti a zajišťuje izolovanou bezpečnost až do jádra. Je to prostě zatraceně zajímavé!
Základní myšlenka
Proces je jednoduše vykonávaný program. K jednomu programu je striktně přiřazen jeden proces. Ve velmi vzácných případech to nemusí platit vždy (příklad Google Chrome), ale většinou to tak je.
Každý proces má různé součásti, které mu umožňují provádět zamýšlené úkoly. Zejména zásobník a halda slouží k alokaci lokálních proměnných, respektive dynamické paměti.
Součástí je více, ale stačí říci, že každý proces potřebuje tyto součásti, aby mohl běžet jako program.
Monitorování procesů v systému
V každém okamžiku může být spuštěno několik set nebo méně procesů. Někdy je užitečné zobrazit o nich podrobné informace, zejména pokud počítač běží pomalu: některé procesy totiž mohou zabírat paměť počítače nebo procesor. Možnost přesně je určit a následně zničit je skutečně velmi užitečná a lze jí dosáhnout poměrně snadno.
Pokud používáte systém Windows, můžete otevřít Správce úloh a klepnutím na kartu Procesy tyto informace zobrazit. Pokud používáte systém Linux nebo počítač se systémem Unix, můžete spustit řadu různých příkazů:
ps aux // this will display a list of processestop // detailed information about all processes, threads, memory hoggers and network packets
Jak operační systém spravuje procesy
Proces může být v daném okamžiku v určitém stavu. Může být právě vytvořen, čekat na spuštění, čekat na přístup k nějakému vstupně-výstupnímu zařízení, být přerušen jiným procesem atd. Aby byla zajištěna maximální produktivita, musí operační systém rozumět stavu všech těchto procesů a být schopen ve správný čas inteligentně vytvářet nové procesy, přepínat mezi nimi, pozastavovat je, suspendovat atd.
Aby to operační systém mohl dělat efektivně, udržuje pro každý proces takzvaný blok řízení procesů. Obsahuje užitečné informace, jako je aktuální stav procesu, příští instrukce k provedení a aktuálně přidělená zařízení procesu.
To umožňuje operačnímu systému efektivně spravovat různé procesy tím, že ukládá aktuální stav v bloku, přepíná mezi nimi a později znovu načítá některé procesy.
Jak operační systém přepíná mezi různými procesy
Přepínání kontextu označuje specifickou činnost, při níž operační systém ukládá stav běžícího procesu a pozastavuje jej, aby mohl spustit jiný proces. Musí tak učinit způsobem, který zajistí, že tyto procesy nebudou v konfliktu a že uložený proces bude možné později bez problémů obnovit. Tím je zajištěna klíčová vlastnost operačních systémů: multitasking. Schéma ukazuje, jak se PCB používá k uložení stavu procesu, spuštění jiného a pozdějšímu opětovnému načtení a pokračování původního procesu.
.