Процессы и потоки

Приложение состоит из одного или нескольких процессов. Процесс, в простейших терминах, — это выполняющаяся программа. Один или несколько потоков выполняются в контексте процесса. Поток — это базовая единица, которой операционная система выделяет процессорное время. Поток может выполнять любую часть кода процесса, включая те части, которые в настоящее время выполняются другим потоком.

Объект задания позволяет управлять группами процессов как единое целое. Объекты заданий — это именуемые, защищаемые, общие объекты, управляющие атрибутами связанных с ними процессов. Операции, выполняемые с объектом задания, влияют на все процессы, связанные с объектом задания.

Пул потоков — это коллекция рабочих потоков, которые эффективно выполняют асинхронные обратные вызовы от имени приложения. Пул потоков в основном используется для уменьшения количества потоков приложения и обеспечения управления рабочими потоками.

Волокно — это единица выполнения, которую приложение должно запланировать вручную. Волокна выполняются в контексте потоков, которые планируют их.

Планирование в пользовательском режиме (UMS) — это упрощенный механизм, который приложения могут использовать для планирования собственных потоков. Потоки UMS отличаются от волокон тем, что каждый поток UMS имеет собственный контекст потока вместо совместного использования контекста потока одного потока.

• Новые возможности процессов и потоков
• Процессы и потоки
• Использование процессов и потоков
• Справочник по процессам и потокам

Обратная связь

Были ли сведения на этой странице полезными?

О процессах и потоках

Каждый процесс предоставляет ресурсы, необходимые для выполнения программы. Процесс имеет виртуальное адресное пространство, исполняемый код, открытые дескрипторы для системных объектов, контекст безопасности, уникальный идентификатор процесса, переменные среды, класс приоритета, минимальный и максимальный размер рабочего набора и по крайней мере один поток выполнения. Каждый процесс запускается с одного потока, часто называемого основным потоком, но может создавать дополнительные потоки из любого из его потоков.

Поток — это сущность в процессе, которую можно запланировать для выполнения. Все потоки процесса совместно используют его виртуальное адресное пространство и системные ресурсы. Кроме того, каждый поток поддерживает обработчики исключений, приоритет планирования, локальное хранилище потока, уникальный идентификатор потока и набор структур, которые система будет использовать для сохранения контекста потока до его планирования. Контекст потока включает набор регистров компьютера потока, стек ядра, блок среды потока и стек пользователя в адресном пространстве процесса потока. Потоки также могут иметь собственный контекст безопасности, который можно использовать для олицетворения клиентов.

Microsoft Windows поддерживает упреждающую многозадачность, что создает эффект одновременного выполнения нескольких потоков из нескольких процессов. На многопроцессорном компьютере система может одновременно выполнять столько потоков, сколько процессоров на компьютере.

Объект задания позволяет управлять группами процессов как единое целое. Объекты заданий — это именуемые, защищаемые, общие объекты, управляющие атрибутами связанных с ними процессов. Операции, выполняемые с объектом задания, влияют на все процессы, связанные с объектом задания.

Приложение может использовать пул потоков , чтобы уменьшить количество потоков приложения и обеспечить управление рабочими потоками. Приложения могут ставить рабочие элементы в очередь, связывать работу с дескрипторами ожидания, автоматически ставить в очередь по таймеру и выполнять привязку с помощью операций ввода-вывода.

Планирование в пользовательском режиме (UMS) — это упрощенный механизм, который приложения могут использовать для планирования собственных потоков. Приложение может переключаться между потоками UMS в пользовательском режиме без использования системного планировщика и восстановить контроль над процессором, если поток UMS блокируется в ядре. Каждый поток UMS имеет собственный контекст потока вместо совместного использования контекста потока одного потока. Возможность переключения между потоками в пользовательском режиме делает UMS более эффективным, чем пулы потоков для краткосрочных рабочих элементов, требующих нескольких системных вызовов.

Волокно — это единица выполнения, которая должна быть запланирована приложением вручную. Волокна выполняются в контексте потоков, которые планируют их. Каждый поток может запланировать несколько волокон. Как правило, волокна не предоставляют преимуществ по сравнению с хорошо спроектированными многопоточные приложения. Однако использование волокон может упростить перенос приложений, предназначенных для планирования собственных потоков.

Дополнительные сведения см. в следующих разделах:

• Многозадачность
• Планирование
• Несколько потоков
• Дочерние процессы
• Пулы потоков
• Объекты заданий
• Планирование в пользовательском режиме
• Волокон

Процессы Windows

Понятие «процесса» существовало в операционных системах Windows задолго до появления платформы .NET. Попросту говоря, под процессом понимается выполняющаяся программа. Однако формально — это концепция уровня операционной системы, которая используется для описания набора ресурсов (таких как внешние библиотеки кода и главный поток) и необходимой памяти, используемой выполняющимся приложением. Для каждого загружаемого в память файла *.ехе в операционной системе создается отдельный изолированный процесс, который используется на протяжении всего времени его существования. Благодаря такой изоляции приложений, исполняющая среда получается гораздо более надежной и стабильной, поскольку выход из строя одного процесса никак не сказывается на работе других процессов.

Более того, доступ напрямую к данным в одном процессе из другого процесса невозможен, если только не применяется API-интерфейс распределенных вычислений, такой как Windows Communication Foundation. Из-за всех этих моментов процесс может считаться фиксированной и безопасной границей выполняющегося приложения.

Каждый процесс Windows получает уникальный идентификатор процесса (Process ID — PID) и может независимо загружаться и выгружаться операционной системой (в том числе программно). Как уже наверняка известно, в окне WindowsTask Manager (Диспетчер задач) имеется вкладка Processes (Процессы), на которой можно просматривать различные статические данные о выполняющихся на данной машине процессах, в том числе их PID-идентификаторы и имена образов. Чтобы открыть окно диспетчера задач, нажмите комбинацию клавиш :

Роль потоков

В каждом процессе Windows содержится первоначальный «поток», который является входной точкой для приложения. Потоком называется используемый внутри процесса путь выполнения. Формально поток, который создается первым во входной точке процесса, называется главным потоком (primary thread). В любой исполняемой программе .NET (консольном приложении, приложении Windows Forms, приложении WPF и т.д.) входная точка обозначается как метод Main(). При вызове этого метода главный поток создается автоматически.

Процессы, в которых содержится единственный главный поток выполнения, изначально являются безопасными к потокам (thread safe), поскольку в каждый отдельный момент времени доступ к данным приложения в них может получать только один поток. Однако подобные однопоточные процессы (особенно с графическим пользовательским интерфейсом) часто замедленно реагируют на действия пользователя, когда их единственный поток выполняет какую-то сложную операцию (вроде вывода на печать длинного текстового файла, сложных математических вычислений или подключения к удаленному серверу).

Из-за такого потенциального недостатка однопоточных приложений, API-интерфейс Windows (а также платформа .NET) предоставляет возможность для главного потока порождать дополнительные вторичные потоки (также называемые рабочими потоками). Это делается с применением набора функций из API-интерфейса Windows, таких как CreateThread() . Каждый поток (первичный или вторичный) в процессе становится уникальным путем выполнения и может параллельно получать доступ ко всем разделяемым элементам данных внутри соответствующего процесса.

Как нетрудно догадаться, разработчики обычно создают дополнительные потоки для улучшения общей степени восприимчивости программы к действиям пользователя. Многопоточные процессы обеспечивают иллюзию того, что выполнение многочисленных действий происходит примерно в одно и то же время. Например, дополнительный рабочий поток может порождаться в приложении для выполнения какой-нибудь трудоемкой задачи (подобной выводу на печать большого текстового файла). После начала выполнения задачи вторичным потоком основной поток все равно не утрачивает способности реагировать на действия пользователя, что дает всему процессу возможность сопровождаться куда более высокой производительностью.

Однако такого может и не происходить: в случае использования слишком большого количества потоков в одном процессе его производительность может даже ухудшаться из-за возникновения у ЦП необходимости переключаться между активными потоками в процессе (что отнимает определенное время).

На некоторых машинах многопоточность по большей части представляет собой не более чем просто обеспечиваемую операционной системой иллюзию. Машины с одним (не поддерживающим гиперпотоки) процессором буквально не имеют никакой возможности обрабатывать множество потоков в точности в одно и то же время. Вместо этого они выполняют по одному потоку за единицу времени (называемую квантом), основываясь отчасти на приоритете потока. По истечении выделенного кванта времени выполнение существующего потока приостанавливается для предоставления другому потоку возможности выполнить свою задачу.

Чтобы поток не забывал, на чем он работал перед тем, как его выполнение было приостановлено, каждому потоку предоставляется возможность записывать данные в и выделяется отдельный стек вызовов, как показано на рисунке:

При подготовке материала использовались источники:
https://learn.microsoft.com/ru-ru/windows/win32/procthread/processes-and-threads
https://learn.microsoft.com/ru-ru/windows/win32/procthread/about-processes-and-threads
https://professorweb.ru/my/csharp/assembly/level3/3_1.php