プロセス管理

プロセス管理とは

プロセス管理は、オペレーティングシステムの核となる機能の一つであり、システム上で実行されるプログラムの単位である「プロセス」のライフサイクル全体を管理します。具体的には、プロセスの生成、実行、そして消滅といった一連の流れを制御し、システムのリソースを効率的に活用するための重要な役割を担っています。また、プロセス間の連携や、複数のプロセスが同時にリソースにアクセスする際の競合を防ぐための排他制御も、プロセス管理の重要な機能です。

管理対象

通常、プロセス管理の対象となるのはプロセスですが、カーネルがスレッドを直接管理する場合は、スレッドも管理対象となります。この際、スレッドは「ライトウェイトプロセス」と呼ばれることもあります。さらに、複数のプロセスをグループ化してリソースを割り当てる機能を持つシステムでは、プロセスグループも管理対象となります。

主な機能

プロセス管理は、以下のような主要な機能によって実現されます。

プロセスの生成: 新しいプロセスを生成する際には、そのプロセスの情報を保持するための「プロセス制御ブロック（PCB）」が作成されます。PCBには、プロセスの優先度、使用するメモリ領域、親子関係などの情報が記録されます。
プロセスの状態管理: プロセスは、実行状態、実行可能状態、待ち状態といった異なる状態を持ち、プロセス管理はこれらの状態遷移を制御します。
実行状態: CPUで実際に処理が実行されている状態です。
実行可能状態: CPUの割り当てを待っている状態です。CPUが空き次第、実行状態に移ります。
待ち状態: 入出力処理の完了など、特定のイベントを待っている状態です。
実行可能中断状態: システムによっては、実行可能状態にあるプロセスを一時的に中断できる機能があり、この状態を「実行可能中断状態」と呼びます。
待ち中断状態: システムによっては、待ち状態にあるプロセスを一時的に中断できる機能があり、この状態を「待ち中断状態」と呼びます。

プロセスは、スケジューリングアルゴリズムに基づいて、実行可能状態から実行状態へ、また実行状態から実行可能状態や待ち状態へと遷移します。タイムスライスと呼ばれる一定時間が経過すると、実行状態のプロセスは強制的に実行可能状態に戻されます。また、入出力処理が発生すると、プロセスは待ち状態に移行します。待ち状態のプロセスは、入出力処理が完了すると実行可能状態に戻ります。このような状態遷移を管理することで、システムは複数のプロセスを効率的に実行することができます。
プロセスの消滅: プロセスが終了する際には、使用していたリソース（メモリなど）を全て解放し、プロセス制御ブロックも削除されます。プロセスが子プロセスを持つ場合、その処理はオペレーティングシステムによって異なります。子プロセスを強制的に終了させたり、親プロセスの終了を子プロセスに通知して終了させたり、あるいは子プロセスが親プロセスの終了に関与しないようにしたりするなど、さまざまな処理方法があります。

プロセス管理の重要性

プロセス管理は、マルチタスク環境において、複数のプロセスを同時並行的に実行するために不可欠な機能です。適切にプロセス管理が行われることで、システムは安定して動作し、ユーザーは複数のアプリケーションを快適に利用することができます。また、リソースの効率的な利用や、プロセス間の競合を回避するための排他制御も、システム全体のパフォーマンスと安定性を維持する上で重要な役割を果たします。

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