3.3 Блок управления процессом
Для того чтобы операционная система могла управлять процессами, она должна располагать всей необходимой для этого информацией. С этой целью на каждый процесс заводится специальная информационная структура, содержащая определенную важную информацию о процессе, и называемая дескриптором процесса (блоком управления процессом – Process Control Block – PCB). В общем случае дескриптор процесса содержит следующую информацию:
идентификатор процесса (так называемый PID — Process IDentificator);
тип (или класс) процесса, который определяет для супервизора некоторые правила предоставления ресурсов;
приоритет процесса, в соответствии с которым супервизор предоставляет ресурсы. В рамках одного класса процессов в первую очередь обслуживаются более приоритетные процессы;
переменную состояния, которая определяет, в каком состоянии находится процесс (готов к работе, в состоянии выполнения, ожидание устройства ввода/вывода и т.д.);
защищенную область памяти (или адрес такой зоны), в которой хранятся текущие значения регистров процессора, если процесс прерывается, не закончив работы. Эта информация называется контекстом задачи (процесса);
информацию о ресурсах, которыми процесс владеет и/или имеет право пользоваться (указатели на открытые файлы, информация о незавершенных операциях ввода/вывода и т. п.);
место (или его адрес) для организации общения с другими процессами;
параметры времени запуска (момент времени, когда процесс должен активизироваться, и периодичность этой процедуры).
Таким образом, в блоке управления процессом операционная система может сосредоточить всю ключевую информацию о процессе.
Блоки управления процессами, как правило, постоянно располагаются в оперативной памяти с целью ускорить работу супервизора, который организует их в списки (очереди) и отображает изменение состояния процесса перемещением соответствующего описателя из одного списка в другой. Для каждого состояния (за исключением состояния выполнения для однопроцессорной системы) операционная система ведет соответствующий список задач, находящихся в этом состоянии. Однако для состояния ожидания может быть не один список, а столько, сколько различных видов ресурсов могут вызывать состояние ожидания. Например, состояний ожидания завершения операции ввода/вывода может быть столько, сколько устройств ввода/вывода имеется в системе. Поскольку операционная система должна иметь возможность быстро выполнять операции с различными РСВ, во многих вычислительных машинах предусматривается специальный аппаратный регистр, который всегда указывает на РСВ текущего выполняемого процесса. Зачастую имеются также аппаратно-реализованные команды, которые обеспечивают быструю загрузку информации состояния в РСВ и последующее быстрое восстановление этой информации.
3.4 Операции над процессами
Системы, управляющие процессами, должны иметь возможность выполнять определенные операции над процессами, в том числе:
создание (образование) процесса;
уничтожение процесса;
возобновление процесса;
изменение приоритета процесса;
блокирование процесса;
пробуждение процесса;
запуск (выбор) процесса.
Создание процесса состоит из многих операций, включая такие как:
присвоение имени процессу;
включение этого имени в список имен процессов, известных системе;
определение начального приоритета процесса;
формирование блока управления процессом РСВ;
выделение процессу начальных ресурсов.
Процесс может породить новый процесс. В этом случае первый, порождающий процесс называется родительским процессом, а второй, созданный процесс — дочерним процессом. Для создания дочернего процесса необходим только один родительский процесс. При таком подходе создается иерархическая структура процессов, подобная показанной на рис. 3.4, в которой у дочернего процесса есть только один родительский процесс, но у каждого родительского процесса может быть много дочерних процессов.
Рис. 3.4 Иерархия создания процессов
Уничтожение процесса означает его удаление из системы. Ресурсы, выделенные этому процессу, возвращаются системе, имя процесса в любых системных списках или таблицах стирается, и блок управления процессом освобождается. Уничтожение процесса усложняется, если это родительский процесс. В некоторых системах дочерний процесс уничтожается автоматически, когда уничтожается его родительский процесс, в других системах порожденные процессы начинают существовать независимо от своих родительских процессов, так что уничтожение родительского процесса не оказывает влияния на его потомков.
Возобновление процесса – это активизация процесса, выполнение которого было приостановлено. Операция возобновления подразумевает не только непосредственно повторный запуск процесса, но и подготовку процесса к повторному запуску с той точки, в которой он был приостановлен. Приостановленный процесс не может продолжить свое выполнение до тех пор, пока его не активизирует какой-либо другой процесс.
Изменение приоритета процесса, как правило, означает модификацию значения приоритета в блоке управления данным процессом.