Операции над процессами
В большинстве систем, допускающих параллельное выполнение процессов, последние могут создаваться и удаляться динамически. Следовательно, такие системы должны иметь механизмы создания и завершения процессов. Рассмотрим, каким образом эти операции выполняются в ОС UNIX и Windows.
1Создание процессов
Процесс может создать несколько новых процессов с помощью соответствующего системного вызова в течение своего выполнения. Порождающий процесс называется родительским (parent process) или процессом-отцом, а новый порожденный родительским – процессом-потомком (children process) или процессом-сыном, дочерним по отношению к порождающим. Каждый из новых процессов может породить другие процессы, формируя дерево процессов (см. рис. 6.2).
Большинство операционных систем (включая семейства UNIX и Windows) присваивают каждому процессу уникальный идентификатор, как правило, целое положительное число.
Если некоторый процесс порождает новый, то существуют две возможности для продолжения работы:
процесс-отец продолжает выполняться вместе со своими сыновьями;
процесс-отец ожидает завершения работы одного или нескольких своих потомков.
Кроме того, возможны два варианта использования адресного пространства порожденным процессом:
процесс-сын является клоном родительского процесса;
процесс-сын создается для исполнения новой программы.
Рисунок 6.10 – Дерево процессов в UNIX-системах
Порождение процессов в системе UNIX происходит в результате выполнения системного вызова fork. ОС строит образ порожденного процесса, являющийся точной копией образа породившего процесса, то есть дублируются дескриптор, контекст и образ процесса. Вновь созданному процессу ОС присваивает целочисленный идентификатор, уникальный на весь период функционирования системы.
После выполнения системного вызова fork() оба процесса продолжают выполнение с одной и той же точки. Чтобы процесс мог опознать, является он родительским процессом или процессом-потомком, системный вызов fork() возвращает в качестве своего значения в породивший процесс идентификатор порожденного процесса, а в порожденный процесс – 0.
Обычно, после развилки одним из процессов выполняется системный вызов exec(), чтобы заменить пространство памяти процесса с новой программой. Этот системный вызов загружает двоичный файл в память (уничтожая образ программы, содержащей exec() обращение к операционной системе) и начинает его выполнение. Таким образом, два процесса способны взаимодействовать, а затем выполняться по разным программам. Родитель может затем породить других потомков; или, если у него нет других задач, подождать завершения потомка путем обращения к системному вызову wait() (см. рис. 6.3).
Рисунок 6.11 – Схема порождения нового процесса в UNIX
Ниже приводится программа, иллюстрирующая описанный подход.
#include <sys/types.h>
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
int main()
{
pid t pid;
/* развилка */
if ((pid = fork())< 0)
{/* обнаружена ошибка */
fprintf(stderr, “Fork failed\n”);
exit (-1) ;
}
else if (pid == 0)
{/* дочерний процесс*/
execlp ("/bin/ls", "ls", HULL) ;
}
else
{/* родительский процесс */
wait !MULL) ;
printf("Child Complete\n");
exit (0);
}
}
Таким образом, в UNIX порождение нового процесса происходит в два этапа – сначала создается копия процесса-родителя, затем у нового процесса производится замена кодового сегмента на заданный.
В качестве альтернативы рассмотрим создание процесса в Windows. Для создания процесса в Win32 API используется функция CreateProcess(), которая подобна функции fork() в том, что родитель создает новый процесс. Однако, тогда как при использовании fork() порожденный процесс наследует адресное пространство родителя, использование CreateProcess() приводит к загрузке указанной программы в адресное пространство порожденного процесса при его создании. К тому же, системный вызов fork() не требует задания параметров, а для функции CreateProcess() их требуется не менее 10.
Программа на языке C, приведенная ниже иллюстрирует работу функции CreateProcess(), которая создает новый процесс для приложения mspaint.exe. Для большинства параметров, передаваемых в CreateProcess() выберем значения по умолчанию.
#include <stdio.h>
#include <windows.h>
int main (void)
{
STARTUPINFO si;
PROCESS_INFORMATION pi;
// выделение памяти
zeromemory(&si, sizeof (si));
si.cb = sizeof (si);
zeromemory(&pi, sizeof (pi));
// создание дочернего процесса
if (!CreateProcess( NULL, // команднаю строка во 2 параметре
'C:\\WINDOWS\\system32\\mspaint.exe', // команда
NULL, // атрибуты защиты процесса по умолчанию
NULL, // атрибуты защиты главного потока по умолчанию
FALSE, // идентификаторы не наследуются
0, // флаги создания не используются
NULL, // наследовать окружение родителя
NULL, // наследовать текущий каталог
&si,
&pi
)
)
{
fprintf(stderr,”Create Process failed\n”);
return -1;
}
// Родительский процесс ожидает окончания дочернего
WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
printf(”Child complete\n”);
// закрытие объектов
CloseHandle(pi.hProcess,INFINITE);
CloseHandle(pi.hThread);
}