در محاسبات، مدیریت فرآیند یک جنبه اساسی از سیستم عامل ها است که با ایجاد، زمان بندی و خاتمه فرآیندها سروکار دارد. یک فرآیند، به زبان ساده، نمونه ای از یک برنامه کامپیوتری است که در حال اجرا است. این شامل کد برنامه و فعالیت آن است. مدیریت کارآمد فرآیندها برای عملکرد و ثبات یک سیستم کامپیوتری بسیار مهم است.
یک فرآیند یک نمونه اجرایی از یک برنامه کاربردی است. به عنوان مثال، هنگامی که یک ویرایشگر متن یا یک مرورگر وب را اجرا می کنید، یک فرآیند ایجاد می شود. هر فرآیند منابع مورد نیاز برای اجرای یک برنامه را فراهم می کند. یک فرآیند در چرخه حیات خود از حالت های مختلفی مانند شروع، آماده، در حال اجرا، انتظار و پایان می گذرد.
چرخه حیات یک فرآیند در یک سیستم عامل شامل چندین مرحله است:
بلوک کنترل فرآیند (PCB) یک ساختار داده ضروری در سیستم عامل است. این شامل اطلاعاتی در مورد وضعیت فرآیند، شمارنده برنامه، رجیسترهای CPU، اطلاعات مدیریت حافظه، اطلاعات حسابداری و اطلاعات وضعیت I/O است. PCB برای سیستم عامل برای مدیریت کارآمد فرآیندها بسیار مهم است.
زمانبندی فرآیند یکی از جنبه‌های کلیدی مدیریت فرآیند است. ترتیب دسترسی فرآیندها به منابع CPU مشترک را تعیین می کند. چندین الگوریتم زمانبندی وجود دارد:
در محاسبات مدرن، اجرای چندین فرآیند به طور همزمان یا موازی برای افزایش عملکرد معمول است. همزمانی به اجرای همزمان چندین فرآیند در یک CPU تک هسته ای با سوئیچینگ سریع بین آنها اشاره دارد. از سوی دیگر، موازی سازی به اجرای همزمان بخش های مختلف یک برنامه بر روی چندین هسته یک پردازنده چند هسته ای اشاره دارد که واقعاً به صورت موازی اجرا می شود.
ارتباطات بین فرآیندی (IPC) مکانیزمی است که به فرآیندها اجازه می دهد تا با یکدیگر ارتباط برقرار کرده و اقدامات خود را هماهنگ کنند. IPC در سیستم عامل های مدرن که چندین فرآیند را به طور همزمان اجرا می کنند مهم است. نمونه هایی از IPC شامل لوله ها، صف های پیام، سمافورها و حافظه مشترک است.
برای درک بهتر ایجاد فرآیند، به مثال ایجاد یک فرآیند ساده در سیستم لینوکس با استفاده از فراخوانی سیستم <code>fork()</code> توجه کنید. فراخوانی سیستم <code>fork()</code> یک فرآیند جدید را با کپی کردن فرآیند فعلی ایجاد می کند. فرآیند جدید فرآیند فرزند و فرآیند موجود فرآیند والد نامیده می شود.
یک آزمایش برای درک زمانبندی فرآیند می‌تواند شامل شبیه‌سازی الگوریتم‌های زمانبندی مختلف با استفاده از یک برنامه ساده باشد. به عنوان مثال، می‌توان برنامه‌ای به زبان C نوشت که الگوریتم‌های زمانبندی FCFS، SJF و RR را پیاده‌سازی می‌کند و مشاهده می‌کند که هر الگوریتم چگونه صف فرآیند را مدیریت می‌کند.
مدیریت فرآیند یک جنبه حیاتی در طراحی سیستم عامل است. با درک چرخه عمر فرآیندها، الگوریتم های زمان بندی و مکانیسم هایی مانند IPC، توسعه دهندگان و مدیران سیستم می توانند عملکرد و قابلیت اطمینان سیستم های محاسباتی را بهینه کنند. با تکامل فناوری، پیچیدگی مدیریت فرآیند نیز افزایش می‌یابد، اما اصول اساسی ثابت می‌ماند. درک این مفاهیم برای هر کسی که قصد کار عمیق با سیستم عامل ها یا توسعه برنامه هایی را دارد که نیاز به مدیریت کارآمد فرآیند دارند ضروری است.
