Диспетчеризация и клонирование процессов
Время дискретно — происходят события, которые меняют одно дискретное состояние на другое.
Развитие событий во времени описывается автоматами:
- Вершины — возможные состояния процесса. Они не привязаны к конкретному времени; в каждый момент процесс находится в какой-то вершине.
- Рёбра — возможные переходы между состояниями.
Двухсостоянийная модель
Исторически было 2 состояния:
- Running (исполняется) — используется процессор.
- Waiting (ожидает) — чего-то ждёт.
Ребро между ожиданием и исполнением становится очередью.
Из Running у процесса 2 выхода: завершиться или уйти в Waiting.
Пока стоял в очереди, операция I/O завершилась — он перейдёт в Running, когда подойдёт очередь. Но может быть и так, что очередь подошла, а I/O ещё не завершено — процесс снова уйдёт в Waiting. Это непродуктивно: дёргать процесс, который не может выполняться.
Трёхсостоянийная модель
Появилось состояние Runnable (готов).
Любой процесс попадает в Runnable (готовность). Мы всегда начинаем с вычислений (нужно запросить дескриптор и т. п.). Сразу обеспечить Running мы не можем.
Если процесс синхронно своему коду уходит в ожидание — он идёт в Waiting. В Waiting появляются свои очереди — как правило, к устройствам ввода/вывода. Это состояние называется Direct Waiting — процесс ожидает конкретное событие (семафор, I/O).
В какое состояние переходить из Waiting? Сразу в Running нельзя — будет конкуренция двух очередей. Значит, в Runnable.
Состояния процессов в Linux
R (Running) — процесс либо прямо сейчас исполняется, либо будет исполняться в ближайшее время.
D (Direct Waiting / Uninterruptible Sleep) — ожидает завершения конкретного события, которое выведет его в Runnable. Процесс сначала разгребёт накопившийся перечень событий — обработает сигналы, вызовет системные вызовы.
S (Sleeping) — процесс спит. Это, как правило, демоны: те же веб-серверы, если запросов нет, большую часть времени спят.
Чем S отличается от D? В обоих процесс ждёт. Но:
- В D он ждёт конкретный сигнал.
- В S он забуферизует любой сигнал и сразу переведёт его в Runnable.
Пример работы веб-сервера в S:
- Пакет приходит, ядро парсит TCP-заголовок.
- По дескрипторам портов определяется, кто слушает порт.
- Слушающему процессу посылается WakeUp.
- Процесс уходит в Runnable.
- Обработчик читает с вершины стека и обрабатывает запрос.
- После обработки — снова
Sleeping.
T (Stopped/Terminated) — приостановлен. На жаргоне — «состояние комы»: процесс ставят на паузу.
Почему у «рождения» нет состояния?
Чтобы выдать состояние, нужно выдать PID. Пока PID нет — процесса нет в ps aux. Соответственно, состояние «рождение» — это и есть процесс создания.
Состояние «карантин» (Exception)
Если процесс поймал Exception, ядру придёт прерывание от чипсета. Это переполнение памяти, выполнение недоступной команды процессора и т. п.
Состояние «карантина» — что-то вроде второго шанса. Если процесс многопоточный, Linux даст ему ещё попытку. Может, это рассинхронизация потоков? Может, через 10 мс деление на ноль исчезнет — знаменатель досчитается? Может, забыли мьютекс? Может, malloc не успел вызваться? Стоит попробовать через 10–20 мс.
ОС очень гуманная. Она никогда не убивает процесс — она предлагает ему самоубиться. Почему? Если ОС вдруг убьёт какую-нибудь транзакцию, какой-то дяденька потеряет шестизначную сумму долларов. Такую систему никто не купит. Дефолтные обработчики сигналов — это самоубийства.
