Понятие процесса, состояния процесса, модель процесса

Процесс является фундаментальным понятием, отражающим функционирование ОС. По своей сути это динамический объект, над которым ОС выполняет определенные действия.

Рассмотрим модели процессов, их возможные состояния, условия переходов из одного состояния в другое, а также операции, которые ОС может проводить над процессом.

Ранее мы использовали категории «программа» и «задание» - это код, данные и команды управления. Для того чтобы описывать исполняемую программу нужны новые понятия. Дело в том, что задание и программа отражают статические объекты, а исполняемая программа является динамическим объектом.

Действительно, по ходу ее работы компьютер обрабатывает различные команды и преобразует значения переменных. Кроме того, для выполнения программы ОС должна зарезервировать определенные ресурсы из общего числа ресурсов всей ВС. Их количество и конфигурация с течением времени могут изменяться.

Для описания таких активных объектов вместо терминов «программа» и «задание» будет использоваться новый термин «процесс».

Процесс характеризует некоторую совокупность набора исполняющихся команд, ассоциированных с ним ресурсов (выделенная для исполнения память или адресное пространство, стеки, используемые файлы, устройства ввода-вывода и т.д.) и текущего момента его выполнения (значения регистров, программного счетчика, состояние стека и значение переменных), находящегося под управлением ОС.

Процесс находится под управлением ОС, поэтому в нем может выполняться часть кода ее ядра (не находящаяся в исполняемом файле).

Эта ситуация может быть специально запланирована авторами программы (например, при использовании системных вызовов, так и в непредвиденных ситуациях (например, при обработке внешних прерываний).

Состояние процесса

При использовании такой абстракции, как процесс, все что выполняется в ВС организовано как набор процессов (среди них могут быть процессы как пользовательские, так и самой ОС).

Для однопроцессорной компьютерной системы исполняться в каждый момент времени может только один процесс.

Для мультипрограммных систем возможна псевдо параллельная обработка нескольких процессов. Псевдопараллельность достигается с помощью переключения процессора с одного процесса на другой. Пока один процесс выполняется, остальные ждут своей очереди.

Модель процесса может быть представлена следующим образом:

Как видно, процесс может находиться в одном из пяти состояний: рождение, готовность, исполнение, ожидание, завершение.

Для появления в ВС процесс должен пройти через состояние рождения. При этом он получает в свое распоряжение:

· адресное пространство, в которое загружается программный код процесса

· ему выделяются стек и системные ресурсы

· устанавливается начальное значение программного счетчика этого процесса

Всякий новый процесс, появившийся в системе, пройдя стадию рождения переходит в состояние готовность.

ОС, используя те или иные алгоритмы планирования, выбирает из очереди готовых процессов один из них и переводит его в состояние исполнение. В этом состоянии происходит непосредственное выполнение программного кода процесса.

Из этого состояние процесс может выйти по 3 причинам:

1. ОС прекращает его деятельность

2. он не может продолжить свою работу, пока не произойдет некоторое событие, и ОС переводит его в состояние ожидание

3. в результате возникновения прерывания в ВС (например, прерывание от таймера по истечении предусмотренного времени исполнения) его возвращают в состояние готовность

Из состояния ожидание процесс попадает в состояние готовность после того, как ожидаемое событие произошло, и он снова может быть выбран для исполнения.

При завершении своей деятельности процесс из состояния исполнение попадает в состояние завершение.