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ऑपरेटिंग सिस्टम में प्रक्रिया प्रबंधन की मूल अवधारणाओं का अन्वेषण करें, जिसमें प्रक्रिया अवस्थाएँ, शेड्यूलिंग एल्गोरिदम, अंतर-प्रक्रिया संचार और डेडलॉक हैंडलिंग शामिल हैं। डेवलपर्स और सिस्टम प्रशासकों के लिए आवश्यक।

ऑपरेटिंग सिस्टम: प्रक्रिया प्रबंधन के लिए एक व्यापक गाइड

प्रक्रिया प्रबंधन किसी भी आधुनिक ऑपरेटिंग सिस्टम का एक मूलभूत पहलू है। इसमें प्रक्रियाओं के निष्पादन का प्रबंधन, संसाधनों का आवंटन और सुचारू मल्टीटास्किंग सुनिश्चित करना शामिल है। यह मार्गदर्शिका प्रक्रिया प्रबंधन अवधारणाओं, तकनीकों और चुनौतियों का विस्तृत अवलोकन प्रदान करती है। यह छात्रों, डेवलपर्स, सिस्टम प्रशासकों और ऑपरेटिंग सिस्टम कैसे काम करते हैं, इसे समझने में रुचि रखने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है।

एक प्रक्रिया क्या है?

मूल रूप से, एक प्रक्रिया निष्पादन में एक प्रोग्राम का एक उदाहरण है। यह केवल प्रोग्राम का कोड नहीं है; इसमें प्रोग्राम काउंटर, रजिस्टर और चर के वर्तमान मान शामिल हैं। प्रत्येक प्रक्रिया का अपना मेमोरी स्थान होता है, जो इसे अन्य प्रक्रियाओं के साथ सीधे हस्तक्षेप करने से रोकता है।

एक प्रोग्राम को एक रेसिपी और एक प्रक्रिया को वास्तव में पकवान पकाने के कार्य के रूप में सोचें। आप एक ही प्रोग्राम को एक साथ चलाने वाली कई प्रक्रियाएँ रख सकते हैं (उदाहरण के लिए, एक टेक्स्ट एडिटर के कई उदाहरण), प्रत्येक अपने स्वयं के डेटा और स्थिति के साथ।

एक प्रक्रिया के प्रमुख घटक:

प्रक्रिया अवस्थाएँ

एक प्रक्रिया अपने जीवनकाल के दौरान विभिन्न अवस्थाओं से गुजरती है। प्रक्रिया प्रबंधन को समझने के लिए इन अवस्थाओं को समझना महत्वपूर्ण है।

ये अवस्थाएँ एक प्रक्रिया के जीवन चक्र का प्रतिनिधित्व करती हैं, और ऑपरेटिंग सिस्टम उनके बीच संक्रमणों का प्रबंधन करने के लिए जिम्मेदार है। उदाहरण के लिए, जब किसी प्रक्रिया को डिस्क से डेटा पढ़ने की आवश्यकता होती है, तो यह चल रही अवस्था से प्रतीक्षा अवस्था में तब तक परिवर्तित हो जाती है जब तक कि I/O ऑपरेशन पूरा नहीं हो जाता। फिर, यह वापस तैयार अवस्था में परिवर्तित हो जाती है, फिर से चलने के लिए अपनी बारी का इंतजार करती है।

प्रक्रिया नियंत्रण ब्लॉक (पीसीबी)

पीसीबी एक डेटा संरचना है जिसमें ऑपरेटिंग सिस्टम को एक प्रक्रिया का प्रबंधन करने के लिए आवश्यक सभी जानकारी होती है। यह एक प्रक्रिया के बायोडाटा की तरह है, जिसमें वह सब कुछ होता है जो ओएस को इसका ट्रैक रखने के लिए जानना आवश्यक है।

पीसीबी की विशिष्ट सामग्री:

प्रक्रिया शेड्यूलिंग

प्रक्रिया शेड्यूलिंग यह निर्धारित करने की गतिविधि है कि तैयार कतार में किस प्रक्रिया को सीपीयू आवंटित किया जाना चाहिए। शेड्यूलिंग का लक्ष्य कुछ मानदंडों के अनुसार सिस्टम प्रदर्शन को अनुकूलित करना है, जैसे कि सीपीयू उपयोग को अधिकतम करना, टर्नअराउंड समय को कम करना या प्रक्रियाओं के बीच निष्पक्षता सुनिश्चित करना।

शेड्यूलिंग कतारें

ओएस प्रक्रियाओं का प्रबंधन करने के लिए कतारों का उपयोग करता है। सामान्य कतारों में शामिल हैं:

शेड्यूलर

शेड्यूलर सिस्टम सॉफ़्टवेयर मॉड्यूल हैं जो चलाने के लिए अगली प्रक्रिया का चयन करते हैं। दो मुख्य प्रकार के शेड्यूलर हैं:

कुछ सिस्टम में, एक मध्यम अवधि का शेड्यूलर भी होता है, जो मल्टीप्रोग्रामिंग की डिग्री को कम करने के लिए प्रक्रियाओं को मेमोरी (डिस्क पर) और वापस अंदर स्वैप करता है। इसे स्वैपिंग भी कहा जाता है।

शेड्यूलिंग एल्गोरिदम

कई शेड्यूलिंग एल्गोरिदम मौजूद हैं, प्रत्येक की अपनी ताकत और कमजोरियां हैं। एल्गोरिदम की पसंद सिस्टम के विशिष्ट लक्ष्यों पर निर्भर करती है। यहां कुछ सामान्य एल्गोरिदम दिए गए हैं:

उदाहरण: तीन प्रक्रियाओं, P1, P2 और P3 पर विचार करें, जिनका बर्स्ट समय (निष्पादन समय) क्रमशः 24, 3 और 3 मिलीसेकंड है। यदि वे P1, P2, P3 के क्रम में आते हैं, तो FCFS शेड्यूलिंग के परिणामस्वरूप P1 पहले, फिर P2, फिर P3 चलेगी। औसत प्रतीक्षा समय (0 + 24 + 27) / 3 = 17 मिलीसेकंड होगा। हालांकि, यदि हमने एसजेएफ का उपयोग किया, तो प्रक्रियाओं को पी 2, पी 3, पी 1 के क्रम में निष्पादित किया जाएगा, और औसत प्रतीक्षा समय (0 + 3 + 6) / 3 = 3 मिलीसेकंड होगा - एक महत्वपूर्ण सुधार!

अंतर-प्रक्रिया संचार (आईपीसी)

अंतर-प्रक्रिया संचार (आईपीसी) प्रक्रियाओं को एक दूसरे के साथ संवाद करने और सिंक्रनाइज़ करने की अनुमति देता है। यह जटिल एप्लिकेशन बनाने के लिए आवश्यक है जिसमें एक साथ काम करने वाली कई प्रक्रियाएँ शामिल हैं।

सामान्य आईपीसी तंत्र:

उदाहरण: एक वेब सर्वर एक साथ आने वाले अनुरोधों को संभालने के लिए कई प्रक्रियाओं का उपयोग कर सकता है। प्रत्येक प्रक्रिया एक एकल अनुरोध को संभाल सकती है, और प्रक्रियाएं सर्वर की स्थिति के बारे में डेटा साझा करने के लिए साझा मेमोरी या संदेश पासिंग का उपयोग करके संवाद कर सकती हैं।

सिंक्रनाइज़ेशन

जब कई प्रक्रियाएं साझा संसाधनों तक पहुंचती हैं, तो डेटा भ्रष्टाचार और दौड़ की स्थिति को रोकने के लिए सिंक्रनाइज़ेशन सुनिश्चित करना महत्वपूर्ण है। सिंक्रनाइज़ेशन तंत्र प्रक्रियाओं के निष्पादन का समन्वय करने और साझा डेटा की सुरक्षा के तरीके प्रदान करते हैं।

सामान्य सिंक्रनाइज़ेशन तकनीकें:

उदाहरण: एक साझा काउंटर पर विचार करें जिसे कई प्रक्रियाओं द्वारा बढ़ाया जाता है। सिंक्रनाइज़ेशन के बिना, कई प्रक्रियाएं काउंटर के मूल्य को पढ़ सकती हैं, इसे बढ़ा सकती हैं और इसे वापस लिख सकती हैं, जिससे गलत परिणाम हो सकते हैं। वेतन वृद्धि ऑपरेशन की सुरक्षा के लिए एक म्यूटेक्स लॉक का उपयोग यह सुनिश्चित करता है कि केवल एक प्रक्रिया एक समय में काउंटर तक पहुंच सकती है, जिससे दौड़ की स्थिति को रोका जा सकता है।

डेडलॉक

डेडलॉक तब होता है जब दो या दो से अधिक प्रक्रियाएं अनिश्चित काल के लिए अवरुद्ध हो जाती हैं, प्रत्येक दूसरे द्वारा आयोजित एक संसाधन की प्रतीक्षा कर रही है। यह एक गंभीर समस्या है जो एक सिस्टम को रोक सकती है।

डेडलॉक के लिए शर्तें:

डेडलॉक होने के लिए चार शर्तों को एक साथ पूरा किया जाना चाहिए (कॉफमैन की शर्तें):

डेडलॉक हैंडलिंग तकनीकें:

डेडलॉक को संभालने के कई दृष्टिकोण हैं:

उदाहरण: दो प्रक्रियाओं, P1 और P2, और दो संसाधनों, R1 और R2 पर विचार करें। P1 R1 रखता है और R2 का इंतजार कर रहा है, जबकि P2 R2 रखता है और R1 का इंतजार कर रहा है। यह एक परिपत्र प्रतीक्षा बनाता है, जिससे डेडलॉक हो जाता है। इस डेडलॉक को रोकने का एक तरीका प्रक्रियाओं को निष्पादन शुरू करने से पहले एक ही बार में सभी संसाधनों का अनुरोध करने की आवश्यकता होगी।

वास्तविक दुनिया के उदाहरण

प्रक्रिया प्रबंधन अवधारणाओं का उपयोग दुनिया भर के विभिन्न ऑपरेटिंग सिस्टम में किया जाता है:

निष्कर्ष

प्रक्रिया प्रबंधन ऑपरेटिंग सिस्टम का एक महत्वपूर्ण पहलू है जो मल्टीटास्किंग, संसाधन साझाकरण और कुशल सिस्टम उपयोग को सक्षम बनाता है। इस गाइड में चर्चा की गई अवधारणाओं को समझना ऑपरेटिंग सिस्टम के साथ काम करने, एप्लिकेशन विकसित करने या सिस्टम का प्रबंधन करने वाले किसी भी व्यक्ति के लिए आवश्यक है। प्रक्रिया अवस्थाओं, शेड्यूलिंग एल्गोरिदम, अंतर-प्रक्रिया संचार और डेडलॉक हैंडलिंग में महारत हासिल करके, आप अधिक मजबूत, कुशल और विश्वसनीय सॉफ़्टवेयर सिस्टम बना सकते हैं। विभिन्न दृष्टिकोणों के बीच व्यापार-बंद पर विचार करना और उन तकनीकों को चुनना याद रखें जो आपकी विशिष्ट आवश्यकताओं के लिए सबसे उपयुक्त हैं।

आगे की पढ़ाई

प्रक्रिया प्रबंधन की अपनी समझ को गहरा करने के लिए, निम्नलिखित संसाधनों का पता लगाने पर विचार करें:

ऑपरेटिंग सिस्टम: प्रक्रिया प्रबंधन के लिए एक व्यापक गाइड | MLOG