Иерархия процессов

Процесс не может взяться из ниоткуда: его обязательно должен запустить какой-то процесс. Процесс, запущенный другим процессом, называется дочерним (child) процессом или потомком. Процесс, который запустил новый процесс называется родительским (parent), родителем или просто — предком. У каждого процесса есть два атрибута — PID (Process ID) - идентификатор процесса и PPID (Parent Process ID) — идентификатор родительского процесса.

Процессы создают иерархию в виде дерева. Самым «главным» предком, то есть процессом, стоящим на вершине этого дерева, является процесс init (PID=1).

Потоки

Концепция процесса, пришедшая из мира UNIX, плохо реализуется в многозадачной системе, поскольку процесс имеет тяжелый контекст. Возникает понятие потока (thread), который понимается как подпроцесс, или легковесный процесс (light-weight process), выполняющийся в контексте полноценного процесса.

С помощью процессов можно организовать параллельное выполнение программ. Для этого процессы клонируются вызовами fork() или exec(), а затем между ними организуется взаимодействие средствами IPC. Это довольно дорогостоящий в отношении ресурсов способ.

С другой стороны, для организации параллельного выполнения и взаимодействия процессов можно использовать механизм многопоточности. Основной единицей здесь является поток, который представляет собой облегченную версию процесса. Чтобы понять, в чем состоит его особенность, необходимо вспомнить основные характеристики процесса.

1. Процесс располагает определенными ресурсами. Он размещен в некотором виртуальном адресном пространстве, содержащем образ этого процесса. Кроме того, процесс управляет другими ресурсами (файлы, устройства ввода / вывода и т.д.).
2. Процесс подвержен диспетчеризации. Он определяет порядок выполнения одной или нескольких программ, при этом выполнение может перекрываться другими процессами. Каждый процесс имеет состояние выполнения и приоритет диспетчеризации.

Если рассматривать эти характеристики независимо друг от друга (как это принято в современной теории ОС), то:

• владельцу ресурса, обычно называемому процессом или задачей, присущи:
• виртуальное адресное пространство;
• индивидуальный доступ к процессору, другим процессам, файлам, и ресурсам ввода — вывода.
• Модулю для диспетчеризации, обычно называемому потоком или облегченным процессом, присущи:
• состояние выполнения (активное, готовность и т.д.);
• сохранение контекста потока в неактивном состоянии;
• стек выполнения и некоторая статическая память для локальных переменных;
• доступ к пространству памяти и ресурсам своего процесса.

Все потоки процесса разделяют общие ресурсы. Изменения, вызванные одним потоком, становятся немедленно доступны другим.

При корректной реализации потоки имеют определенные преимущества перед процессами. Им требуется:

• меньше времени для создания нового потока, поскольку создаваемый поток использует адресное пространство текущего процесса;
• меньше времени для завершения потока;
• меньше времени для переключения между двумя потоками в пределах процесса;
• меньше коммуникационных расходов, поскольку потоки разделяют все ресурсы, и в частности адресное пространство. Данные, продуцируемые одним из потоков, немедленно становятся доступными всем другим потокам.