Этап 4: Динамическая компоновка (если нужно)

Если программа использует динамические библиотеки (DLL в Windows, .so в Linux), то в дело вступает динамический компоновщик (dynamic linker/loader).

• Ядро загружает сам динамический компоновщик (например, /lib/ld-linux.so.2).

• Компоновщик загружает требуемые библиотеки, связывает символы (разрешает ссылки).

• В современных системах компоновка тоже ленивая (lazy binding) — символы разрешаются при первом обращении.

Этап 5: Передача управления

Ядро подготавливает стек процесса, записывая туда аргументы командной строки (argv), переменные окружения (envp).

Затем ядро переключает процессор в пользовательский режим и передаёт управление на точку входа программы (обычно это метка _start, которая вызывает main).

Этап 6: Выполнение программы

Программа выполняется в пользовательском режиме. Когда ей нужны ресурсы (открыть файл, выделить память), она вызывает системные вызовы, которые переключают процессор в режим ядра, где запрос обрабатывается.

Этап 7: Завершение программы

Программа завершается:

• явным вызовом exit() или возвратом из main;

• получением сигнала (например, SIGKILL);

• возникновением необрабатываемого исключения.

Ядро:

• закрывает все открытые файлы;

• освобождает память;

• удаляет структуры процесса;

• уведомляет родительский процесс о завершении.

3. Структура процесса в памяти

Типичное распределение памяти процесса в Linux:

• Стек — хранит локальные переменные, параметры функций, адреса возврата. Растёт вниз (от высоких адресов к низким).

• Куча — динамически выделяемая память (malloc/new). Растёт вверх.

• Сегменты данных — глобальные и статические переменные.

• Сегмент кода — инструкции процессора (read-only).

4. Состояния процесса

Процесс в течение жизни проходит через несколько состояний:

• Создание (new) — процесс создаётся, но ещё не готов к выполнению.

• Готовность (ready) — процесс готов к выполнению и ждёт процессор.

• Выполнение (running) — процесс выполняется на процессоре.

• Ожидание (waiting/blocked) — процесс ждёт завершения операции ввода-вывода или получения сигнала.

• Завершение (terminated) — процесс завершён, но ещё не удалён из таблицы процессов (zombie в Linux).

5. Контекст процесса и переключение контекста

Контекст процесса включает:

• значения регистров процессора;

• счётчик команд (PC);

• указатель стека (SP);

• информацию о памяти (таблицы страниц);

• информацию о ресурсах.

Переключение контекста — это процесс остановки одного процесса и запуска другого. Выполняется планировщиком:

1. Сохранить контекст текущего процесса в его PCB (Process Control Block).

2. Загрузить контекст следующего процесса из его PCB.

3. Передать управление новому процессу.

Переключение контекста — относительно дорогая операция (от нескольких сотен до тысяч тактов процессора), поэтому современные ОС стараются минимизировать их частоту.

6. Системные вызовы

Программа взаимодействует с ядром через системные вызовы (system calls).

Примеры системных вызовов в Linux:

• read(), write() — ввод-вывод;

• open(), close() — работа с файлами;

• fork(), exec(), wait() — управление процессами;

• brk(), mmap() — управление памятью;

• socket(), connect() — сетевые операции.

Механизм работы:

1. Программа в user mode кладёт номер системного вызова и аргументы в регистры.

2. Выполняет инструкцию int 0x80 (в x86) или syscall (в x86-64).

3. Процессор переключается в режим ядра.

4. Ядро выполняет запрошенную операцию.

5. Возвращает результат и переключает обратно в user mode.