2. Типы процессов

Рассматривая процесс в той или иной операционной системе, можно обнаружить, что встречается деление процессов на две категории: т.н. полновесные процессы и легковесные процессы, или нити.

Полновесные процессы (иногда их называют просто процессы) — это те процессы, машинный код которых обладает эксклюзивными правами на владение оперативной памятью (т.е. это традиционная однопроцессная программа).

Альтернативой являются т.н. легковесные процессы, известные также как нити, — это процессы, которые могут работать совместно с другими процессами на общем пространстве оперативной памяти. Обычно легковесные процессы реализуются внутри полновесного процесса.

73. Типы процессов: однонитевая (а) и многонитевая (б) организации.

Тогда традиционную однопроцессную программу, которую мы отнесли к полновесным процессам, можно теперь переопределить как однонитевой процесс, т.е. этому процессу эксклюзивно выделена память, и внутри существует один набор команд, который владеет и работает в этой защищенной области памяти. Многонитевая организация подразумевает выделение процессу защищенной области памяти, но внутри эта область доступна двум и более нитям.

Организуя многонитевые процессы, обычно преследуются следующие цели. Во-первых, это снижение накладных расходов. Как отмечалось выше, смена контекста полновесных процессов является трудоемкой операцией. В то же время, смена контекста нитей в рамках одного процесса является более простой задачей, поскольку не требуется полного переконфигурирования системы.

Также отметим, что многонитевые процессы хорошо ложатся на современные многопроцессорные системы (например, SMP-системы), т.е. в некоторых случаях при такой организации повышается эффективность системы.

Кроме того, механизм нитевой организации позволяет осуществлять взаимодействие нитей в рамках одного процесса, причем адресное пространство, посредством которого они взаимодействуют, остается защищенным от других процессов в системе.

Соответственно, перед операционной системой помимо управления полновесными процессами, планирования и выделения им ресурсов возникает задача управления нитями.

Тогда определение процесса можно расширить. Процесс — это совокупность исполняемого кода с собственным адресным пространством, представляющее собой множество виртуальных адресов, которые может использовать процесс, и назначенными ему ресурсами системы, и которая содержит хотя бы одну нить.

В заключение отметим, что многие современные операционные системы (как семейства Unix, так и Windows-системы, и др.) обеспечивают работу с нитями.

3. Контекст процесса

Говоря о различных механизмах, происходящих в системе, часто затрагивался термин контекст процесса. Под контекстом процесса мы будем понимать совокупность данных, характеризующих актуальное состояние процесса. Обычно контекст процесса состоит из нескольких компонент:

• пользовательская составляющая — это совокупность машинных команд и данных, которые характеризуют выполнение данного процесса;

• системная составляющая, которая содержит в себе информацию об именовании, правах процесса, т.е. различного рода учетная системная информация, а также содержит информацию о состоянии процесса в точке останова (содержимое регистров, настройки процесса и пр.). Соответственно, о последнем имеет смысл говорить лишь тогда, когда процесс откачан. Во время исполнения процесса обычно говорят об аппаратной составляющей контекста (т.е это актуальное состояние регистров, актуальные настройки процесса и пр.). Таким образом, когда процесс обрабатывается на процессоре, то актуальна аппаратная составляющая, когда процесс отложен — актуальна системная составляющая.