8. Основные состояния процесса и основные переходы между состояниями. Жизненный цикл процесса в unix. Понятие контекста процесса.
Как уже отмечалось в главе 2, время жизни процесса можно теоретически разбить на несколько состояний, описывающих процесс. Полный набор состояний процесса содержится в следующем перечне:
Процесс выполняется в режиме задачи.
Процесс выполняется в режиме ядра.
Процесс не выполняется, но готов к запуску под управлением ядра.
Процесс приостановлен и находится в оперативной памяти.
Процесс готов к запуску, но программа подкачки (нулевой процесс) должна еще загрузить процесс в оперативную память, прежде чем он будет запущен под управлением ядра. Это состояние будет предметом обсуждения в главе 9 при рассмотрении системы подкачки.
Процесс приостановлен и программа подкачки выгрузила его во внешнюю память, чтобы в оперативной памяти освободить место для других процессов.
Процесс возвращен из привилегированного режима (режима ядра) в непривилегированный (режим задачи), ядро резервирует его и переключает контекст на другой процесс. Об отличии этого состояния от состояния 3 (готовность к запуску) пойдет речь ниже.
Процесс вновь создан и находится в переходном состоянии; процесс существует, но не готов к выполнению, хотя и не приостановлен. Это состояние является начальным состоянием всех процессов, кроме нулевого.
Процесс вызывает системную функцию exit и прекращает существование. Однако, после него осталась запись, содержащая код выхода, и некоторая хронометрическая статистика, собираемая родительским процессом. Это состояние является последним состоянием процесса.
Жизненный цикл процесса в UNIX
Для создания нового процесса существующий процесс клонирует самого себя с помощью системного вызова fork. Результатом является получение копии исходного процесса, имеющей лишь некоторые отличия. В частности, новому процессу присваивается новый идентификатор, и учет ресурсов ведется для него независимо от предка.
Системный вызов fork обладает уникальным свойством: он возвращает сразу два значения. В порожденном процессе эта функция возвращает 0, а в родительском — идентификатор потомка. Поскольку в остальном процессы идентичны, они должны проверять это значение, чтобы определить, в какой роли следует выступать дальше.
После выполнения системного вызова fork новый процесс обычно запускает новую программу с помощью одного из системных вызовов семейства exec. Все вызовы семейства exec производят приблизительно одинаковые действия: они замещают сегмент кода процесса и устанавливают сегменты данных и стека в исходное состояние. Формы вызовов exec отличаются только способами указания аргументов командной строки и переменных среды, передаваемых новой программе.
Когда система загружается, ядро самостоятельно создает несколько процессов. Наиболее важный из них — процесс init, идентификатор которого всегда равен 1. Программа init отвечает за вызов командного интерпретатора для выполнения стартовых сценариев, если они используются в системе. Все процессы, кроме тех, что создаются ядром, являются потомками процесса init.
Программа init играет и другую важную роль в управлении процессами. Когда процесс завершается, он вызывает функцию _exit(), чтобы уведомить ядро о своей готовности прекратить работу. В качестве параметра функции _exit() передается код завершения — целое число, указывающее на причину останова процесса. По соглашению нулевой код завершения означает, что процесс окончился успешно.
В UNIX требуется, чтобы, прежде чем процесс окончательно исчезнет, его удаление было подтверждено родительским процессом с помощью системного вызова wait. Данная функция возвращает код завершения потомка и, если требуется, статистику использования ресурсов. По этой причине ядро должно хранить код завершения, пока родительский процесс не запросит его. По окончании дочернего процесса его адресное пространство освобождается, время центрального процессора ему не выделяется, однако в таблице процессов ядра сохраняется запись о нем. Процесс в этом состоянии называется зомби.
Описанный механизм работает нормально, если родительский процесс завершается позже порожденных им процессов и добросовестно выполняет системные вызовы wait для того, чтобы все процессы-зомби были уничтожены. Если же родительский процесс завершается первым, то ядро понимает, что вызова wait не последует, и переназначает все процессы-зомби программе init. Она обязана принять "осиротевшие" процессы и ликвидировать их, осуществив для каждого из этих процессов вызов wait.
Понятие контекста процесса.
Для возобновления выполнения процесса необходимо сохранить информацию о состоянии ОС: Контекст – информация, которая отражает состояние операционной среды, та информация, которая необходима для выполнения процесса: • Состояние регистров (программный счетчик, регистра указатель стека и т.д.) • Режим работы процессора • Указатели на открытые файлы • Информация о незавершенных операциях ввода/вывода • Коды ошибок, выполняемых системных вызовов