Жизненный цикл процесса

Жизненный цикл процесса в ОС UNIX может быть разбит на несколько состояний. Переход из одного состояния в другое происходит в зависимости от наступления определенных событий в системе.

Состояния процесса:

1. выполнение в пользовательском режиме. При этом процессором выполняются прикладные инструкции данного процесса.

2. выполнение в режиме ядра. При этом процессом выполняются системные инструкции ядра от имени процесса. Существуют всего три события, при которых выполнение процесса переходит в режим ядра – аппаратные прерывания, особые ситуации и системные вызовы.

3. стоит в очереди на выполнение. Процесс не выполняется, но готов к запуску (обладает всеми необходимыми ему ресурсами, кроме процессора), как только планировщик выберет его (состояние runnable).

4. находиться в состоянии сна (asleep), ожидая недоступного в данный момент ресурса, например завершения операции ввода-вывода.

5. возвращается из режима ядра в режим задачи, но ядро прерывает его и производит переключение контекста для запуска более приоритетного процесса.

6. только что создан системным вызовом fork и находится в переходном состоянии: он существует, но не готов к запуску и не находиться в состоянии сна.

7. состояние зомби (zombie, defunct). Как такового процесса не существует, но остаются записи, содержащие код возврата и временную статистику его выполнения, доступную для родительского процесса. Это состояние является конечным в жизненном цикле процесса.

Рисунок 3.1 – Жизненный цикл процесса

Процесс начинает свой жизненный путь с состояния 6, когда родительский процесс выполняет системный вызов fork. После того как создание процесса полностью завершено, процесс завершает "дочернюю часть" вызова fork и переходит в состояние 3 готовности к запуску, ожидая своей очереди на выполнение. Когда планировщик выбирает процесс для выполнения, он переходит в состояние 1 и выполняется в пользовательском режиме.

Выполнение в пользовательском режиме завершается в результате системного вызова или прерывания, и процесс переходит в режим ядра, в котором выполняется код системного вызова или прерывания. После этого процесс опять может вернуться в пользовательский режим. Однако во время выполнения системного вызова процесса в режиме ядра процессу может понадобиться недоступный в данный момент ресурс. Для ожидания доступа к такому ресурсу, процесс делает системный вызов sleep и переходит в состояние 4 - сна. При этом процесс добровольно освобождает вычислительные ресурсы, которые предоставляются следующему наиболее приоритетному процессу.

Состояние сна - это логическое состояние процесса, при этом он не перемещается физически в памяти. Переход в состояние сна, в первую очередь, определяется занесением в системную таблицу процессов соответствующего флага состояния и события, пробуждающего процесс.

Когда ресурс становиться доступным, ядро "пробуждает процесс", используя вызов wakeup, помещает его в очередь на выполнение, и процесс переходит в состояние 3 готовности к запуску.

После того как планировщик выбрал процесс на запуск, последний начинает свое выполнение в режиме ядра.

Наконец, процесс выполняет системный вызов exit и заканчивает свое выполнение. Процесс может быть также завершен вследствие получения сигнала. В обоих случаях ядро освобождает ресурсы, принадлежащие процессу, за исключением кода возврата и статистики его выполнения, и переводит процесс в состояние зомби. В этом состоянии процесс находится до тех пор, пока родительский процесс не выполнит системный вызов wait, после чего вся информация о процессе будет уничтожена, а родитель получит код возврата завершившегося процесса.