Операционная система (ОС) управляет ресурсами компьютера, обеспечивая выполнение программ. Два ключевых понятия в этом контексте — процессы и потоки (нити). Они позволяют эффективно распределять процессорное время и параллельно выполнять задачи.
1. Процессы
Процесс — это экземпляр выполняемой программы, которому выделяются ресурсы (память, процессорное время, файловые дескрипторы и т. д.).
Основные характеристики процесса:
- Изолированность: Процессы работают в отдельных адресных пространствах.
- Состояния:
Создание (New)
Готовность (Ready)
Выполнение (Running)
Ожидание (Waiting)
Завершение (Terminated) - Контекст процесса: Состоит из регистров CPU, стека, состояния памяти и других данных.
Управление процессами
ОС использует планировщик процессов (scheduler) для переключения между ними. Механизмы:
- Мультипрограммирование: Несколько процессов в памяти, CPU переключается между ними.
- Мультизадачность: Иллюзия параллельного выполнения.
2. Потоки (нити)
Поток — это наименьшая единица выполнения внутри процесса. Один процесс может содержать несколько потоков, которые разделяют его ресурсы.
Особенности потоков:
- Общие ресурсы: Все потоки процесса имеют общую память и файловые дескрипторы.
- Легковесность: Создание и переключение потоков быстрее, чем процессов.
- Параллелизм: На многопроцессорных системах потоки могут выполняться одновременно.
Типы потоков:
- Пользовательские потоки (User threads) – управляются библиотеками (например, POSIX Threads).
- Ядерные потоки (Kernel threads) – поддерживаются ОС напрямую.
3. Различия между процессами и потоками
4. Многопоточность и многозадачность
- Многопоточность позволяет ускорить выполнение задач за счёт параллельной обработки (например, веб-сервер обрабатывает несколько запросов одновременно).
- Многозадачность обеспечивает выполнение нескольких процессов "одновременно" (за счёт переключения контекста).
Заключение
Процессы и потоки — ключевые механизмы ОС для управления выполнением программ. Процессы обеспечивают изоляцию и безопасность, а потоки — эффективное использование ресурсов и параллелизм. Современные ОС (Windows, Linux, macOS) используют гибридные модели, сочетая преимущества обоих подходов.