Джонсон Харт - Системное программирование в среде Windows

Процесс (process) представляет собой объект, обладающий собственным независимым виртуальным адресным пространством, в котором могут размещаться код и данные, защищенные от других процессов. В свою очередь, внутри каждого процесса могут независимо выполняться одна или несколько потоков (threads). Поток, выполняющийся внутри процесса, может сама создавать новые потоки и новые независимые процессы, а также управлять взаимодействием объектов между собой и их синхронизацией.

Создавая процессы и управляя ими, приложения могут организовывать параллельное выполнение нескольких задач, обеспечивающих обработку файлов, проведение вычислений или связь с другими системами в сети. Допускается даже использование нескольких процессоров с целью ускорения обработки данных.

В этой главе объясняются основы управления процессами и вводятся; простейшие операции синхронизации, которые будут использоваться на протяжении оставшейся части книги.

Внутри каждого процесса могут выполняться одна или несколько потоков, и именно поток является базовой единицей выполнения в Windows. Выполнение потоков планируется системой на основе обычных факторов: наличие таких ресурсов, как CPU и физическая память, приоритеты, равнодоступность ресурсов и так далее. Начиная с версии NT4, в Windows поддерживается симметричная многопроцессорная обработка (Symmetric Multiprocessing, SMP), позволяющая распределять выполнение потоков между отдельными процессорами, установленными в системе.

С точки зрения программиста каждому процессу принадлежат ресурсы, представленные следующими компонентами:

• Одна или несколько потоков.

• Виртуальное адресное пространство, отличное от адресных пространств других процессов, если не считать областей памяти, распределенных явным образом для совместного использования (разделения) несколькими процессами. Заметьте, что разделяемые отображенные файлы совместно используют физическую память, тогда как разделяющие их процессы используют различные виртуальные адресные пространства.

• Один или несколько сегментов кода, включая код DLL.

• Один или несколько сегментов данных, содержащих глобальные переменные.

• Строки, содержащие информацию об окружении, например, информацию о текущем пути доступа к файлам.

• Куча процесса.

• Различного рода ресурсы, например, дескрипторы открытых файлов и другие кучи.

Поток разделяет вместе с процессом код, глобальные переменные, строки окружения и другие ресурсы. Каждый поток планируется независимо от других и располагает следующими элементами:

• Стек, используемый для вызова процедур, прерываний и обработчиков исключений, а также хранения автоматических переменных.

• Локальные области хранения потока (Thread Local Storage, SLT) — массивы указателей, используя которые каждый поток может создавать собственную уникальную информационную среду.

• Аргумент в стеке, получаемый от создающего потока, который обычно является уникальным для каждого потока.

• Структура контекста, поддерживаемая ядром системы и содержащая значения машинных регистров.

На рис. 6.1 показан процесс с несколькими потоками. Рисунок является схематическим, поэтому на нем не указаны фактические адреса памяти и не соблюдены масштабы.

В данной главе показано, как работать с процессами, состоящими из единственного потока. О том, как использовать несколько потоков, рассказывается в главе 7.

Примечание

Рисунок 6.1 является высокоуровневым с точки зрения программиста представлением процесса. В действительности эта картина должна быть дополнена множеством технических деталей и особенностями реализации. Более подробную информацию заинтересованные читатели могут найти в книге Соломона (Solomon) и Руссиновича (Russinovich) Inside Windows 2000.

Процессы UNIX сопоставимы с процессами Windows, имеющими единственный поток.

Реализации UNIX недавно пополнились потоками POSIX Pthreads, которые в настоящее время используются почти повсеместно. В [40] потоки не обсуждаются; все рассмотрение основано на процессах.

Наверное, можно было бы даже не напоминать о том, что понятие потоков не является новым, и их различные реализации предлагаются поставщиками уже на протяжении целого ряда лет. Однако потоки Pthreads являются самым распространенным стандартом, в то время как коммерческие реализации потоков являются устаревшими.