3. Жизненный цикл процесса. Состояния процесса

Рассмотрим обобщенную и несколько упрощенную схему жизненного цикла процессов в ОС Unix (Рис. 79.). Можно выделить целую совокупность состояний, в которых может находиться процесс.

79. Жизненный цикл процессов.

Начальное состояние — это состояние создания процесса: после обращения к системному вызову fork() создается новый процесс в системе (еще раз отметим, что иных способов создать процесс в ОС Unix не существует), который попадает в БВП (о котором речь шла выше). В ОС Unix БВП состоит из одного процесса, который после создания попадает в БОП. Итак, после создания процесса он получает статус, что он готов к выполнению. Из этого состояния по решению планировщика он может переходить в состояние выполнения, а затем обратно в состояние готовности к выполнению в случае исчерпания кванта времени обработки на процессоре. В состоянии выполнения процесс может работать как в пользовательском режиме, так и в режиме ядра, или супервизора. В режиме ядра процесс работает при обращении к системному вызову, когда ядро выполняет некоторые действия для конкретного процесса.

Затем из режима выполнения процесс может перейти в состояние блокировки. В этом состоянии процесс находится, ожидая завершения некоторого действия: например, ожидая завершения внешнего взаимодействия. Соответственно, по возникновению соответствующего события процесс переходит из состояния блокировки в состояние готовности к выполнению.

Посредством обращения к системному вызову exit() процесс переходит из состояния выполнения в состояние зомби, а после получения отцовским процессом информации о завершении данного процесса он завершает свой жизненный цикл.

Итак, мы рассмотрели упрощенную модель. Главным упрощением в ней можно считать отсутствие свопинга — отсутствие откачки процесса во внешнюю память.

4. Формирование процессов 0 и 1

Все механизмы взаимодействия процессов в ОС Unix унифицированы и основываются на связке системных вызовов fork-exec. Абсолютно все процесс в ОС Unix создается по приведенной схеме, но существуют два процесса с номерами 0 и 1, которые являются исключениями из данного правила.

Рассмотрим детально, как формируются данные процессы, но для этого необходимо разобраться, что происходит в системе при включении компьютера. Практически во всех компьютерах имеется область памяти, способная постоянно хранить информацию — т.н. постоянное запоминающее устройство (ПЗУ). В этой области памяти находится т.н. аппаратный загрузчик компьютера. Данный загрузчик в общем случае имеет информацию о перечне и приоритетах системных устройств компьютера, которые априори могут содержать операционную систему. Приоритет определяет тот порядок, в котором аппаратный загрузчик осуществляет перебор устройств по списку в поисках программного загрузчика операционных систем. Обычно в нулевом блоке системного устройства находится т.н. программный загрузчик, который может содержать информацию о наличии в различных разделах системного устройства различных операционных систем. Раздел системного устройства — это последовательность блоков (выделенная на внешнем запоминающем устройстве), внутри которых используется виртуальная нумерация этих блоков, т.е. каждый раздел начинается с нулевого блока. Соответственно, если операционных систем несколько, то программный загрузчик может предложить пользователю компьютера выбрать, какую систему загружать. После этого программный загрузчик обращается к соответствующему разделу данного системного устройства и из нулевого блока выбранного раздела считывает загрузчик конкретной операционной системы, после чего начинает работать программный загрузчик конкретной ОС. Этот загрузчик, в свою очередь, «знает» структуру раздела, структуру файловой системы и находит в соответствующей файловой системе файл, который должен быть запущен в качестве ядра операционной системы.

Что касается Unix-систем, то указанный загрузчик ОС осуществляет поиск, считывание в память и запуск на исполнение файла /unix, который содержит исполняемый код ядра ОС Unix. Рассмотрим теперь действия ядра при запуске.

Первым делом происходит инициализация системы, которая включает в себя установку начальных параметров в аппаратных интерфейсах: установку системных часов, установка диспетчера оперативной памяти, установка средств защиты оперативной памяти. Затем, исходя из параметров настройки операционной системы, осуществляется формирование системных структур данных (в частности, создается таблица процессов). После этого ядро создает нулевой процесс. Отметим, что здесь мы оперируем определением процесса в ОС Unix: ядро формирует нулевую запись в таблице процессов, и более ничего, — это и есть создание нулевого процесса. Этот нулевой процесс в общем случае соответствует ядру (это процесс ядра), но этот процесс имеет особенность: он не имеет сегмента кода. Это означает, что нулевая запись таблицы процессов ссылается на контекст, в котором отсутствует ссылка на сегмент кода процесса. Нулевой процесс существует на всем протяжении функционирования ОС, причем он иллюстрирует нештатное формирование процесса в системе.