Proces - informatyka - Polski Serwis Naukowy

Proces – jedno z najbardziej podstawowych pojęć w informatyce, definiowane jako egzemplarz wykonywanego programu. Każdy nowo powstały proces otrzymuje unikalny numer, który go jednoznacznie identyfikuje, tzw. PID (ang. process identifier).

W celu wykonania programu system operacyjny przydziela procesowi zasoby (pamięć, czas procesora i inne – szczegółowa lista zasobów znajduje się dalej), ale także może być konieczne współbieżne wykonywanie pewnych fragmentów programu. Aby to zrealizować, program może zażądać utworzenia określonej liczby wątków, wykonujących wskazane części programu – o ich współbieżne wykonanie dba system operacyjny (albo sam program, wówczas mówi się o zielonych wątkach). Wątki współdzielą prawie wszystkie zasoby zarezerwowane dla danego procesu, wyjątkiem jest czas procesora, który jest przydzielany indywidualnie każdemu wątkowi.

Green thread (ang. "zielony wątek") − wątek, który jest tworzony obsługiwany przez maszynę wirtualną, w odróżnieniu od wątków natywnych danego systemu operacyjnego. Zielone wątki emulują środowisko wielowątkowe niezależnie od możliwości systemu, na którym zostały uruchomione. Są zarządzane w przestrzeni użytkownika a nie jądra systemu, przez co mają możliwość pracy w środowiskach, które nie wspierają wątków.

Pamięć komputerowa to różnego rodzaju urządzenia i bloki funkcjonalne komputera, służące do przechowywania danych i programów (systemu operacyjnego oraz aplikacji). Potocznie przez "pamięć komputerową" rozumie się samą pamięć operacyjną.

Za zarządzanie procesami odpowiada jądro systemu operacyjnego, sposób ich obsługi jest różny dla różnych systemów operacyjnych. W systemie operacyjnym każdy proces posiada proces nadrzędny, z kolei każdy proces może, poprzez wywołanie funkcji systemu operacyjnego, utworzyć swoje procesy potomne; w ten sposób tworzy się swego rodzaju drzewo procesów. Każdy proces otrzymuje od systemu operacyjnego odrębne zasoby, w tym odrębną przestrzeń adresową, listę otwartych plików, urządzeń itp.

System operacyjny (ang. skrót OS Operating System) – oprogramowanie zarządzające sprzętem komputerowym, tworzące środowisko do uruchamiania i kontroli zadań użytkownika.

Licznik programu, inaczej wskaźnik instrukcji, jest rejestrem procesora przechowującym informację o tym, w którym miejscu sekwencji instrukcji znajduje się aktualnie procesor. W zależności od modelu procesora w rejestrze tym przechowywany jest adres aktualnie wykonywanej lub częściej następnej instrukcji. W tym drugim wypadku licznik programu jest zwiększany zaraz po odebraniu instrukcji i przeniesieniu jej do rejestru instrukcji. Poprzez modyfikację tego rejestru implementuje się skoki, w tym skoki warunkowe, pętle i podprogramy.

Skład i zasoby procesu

W skład procesu wchodzi:

kod programu,

licznik rozkazów,

stos programu,

sekcja danych.

Każdemu procesowi przydzielone zostają zasoby, takie jak:

czas procesora,

pamięć,

dostęp do urządzeń wejścia-wyjścia,

pliki.

Tworzenie procesów

Użytkownik za pomocą powłoki systemowej (ang. system shell) zleca uruchomienie programu, proces wywołujący wykonuje polecenie fork lub jego pochodną.

System operacyjny tworzy przestrzeń adresową dla procesu oraz strukturę opisującą nowy proces w następujący sposób:

wypełnia strukturę opisującą proces,

kopiuje do przestrzeni adresowej procesu dane i kod, zawarte w pliku wykonywalnym,

mapuje współdzielone zasoby systemowe w przestrzeń adresową procesu,

ustawia stan procesu na działający,

dołącza nowy proces do kolejki procesów oczekujących na procesor (ustala jego priorytet),

zwraca sterowanie powłoce systemowej.

Wykonywanie procesów

Dany proces rozpoczyna wykonywanie w momencie przełączenia przez jądro systemu operacyjnego przestrzeni adresowej na przestrzeń adresową danego procesu oraz takie zaprogramowanie procesora, by wykonywał kod procesu. Wykonujący się proces może żądać pewnych zasobów, np. większej ilości pamięci. Zlecenia takie są na bieżąco realizowane przez system operacyjny.

Procesor (ang. processor), także CPU (ang. Central Processing Unit) – urządzenie cyfrowe sekwencyjne, które pobiera dane z pamięci, interpretuje je i wykonuje jako rozkazy. Wykonuje on ciąg prostych operacji (rozkazów) wybranych ze zbioru operacji podstawowych określonych zazwyczaj przez producenta procesora jako lista rozkazów procesora.

Wielozadaniowość – cecha systemu operacyjnego umożliwiająca mu równoczesne wykonywanie więcej niż jednego procesu. Zwykle za poprawną realizację wielozadaniowości odpowiedzialne jest jądro systemu operacyjnego.

Wykonanie procesu musi przebiegać sekwencyjnie. Może przyjmować kilka stanów:

aktualnie wykonywany przez procesor,

czekający na udostępnienie przez system operacyjny zasobów,

uśpiony,

przeznaczony do zniszczenia,

proces zombie,

właśnie tworzony itd.

Kończenie procesów

Proces wykonuje ostatnią instrukcję – zwraca do systemu operacyjnego kod zakończenia. Jeśli proces zakończył się poprawnie, zwraca wartość 0, w przeciwnym wypadku zwraca wartość kodu błędu.

W momencie zwrotu do systemu operacyjnego kodu zakończenia system operacyjny ustawia stan procesu na przeznaczony do zniszczenia i rozpoczyna zwalnianie wszystkich zasobów, które w czasie działania procesu zostały temu procesowi przydzielone.

System operacyjny po kolei kończy wszystkie procesy potomne w stosunku do procesu macierzystego.

System operacyjny zwalnia przestrzeń adresową procesu. Jest to dosłowna śmierć procesu.

System operacyjny usuwa proces z kolejki procesów gotowych do uruchomienia i szereguje zadania. Jest to ostatnia czynność wykonywana na rzecz procesu.

Procesor zostaje przydzielony innemu procesowi.

Zobacz też

PCB

wielowątkowość

wielozadaniowość