Введение в многозадачность и многопоточность

В современных операционных системах (ОС), примерами которых являются такие широко распространенные ОС, как Unix, Windows, OS/2 и др., имеется возможность выполнять одновременно несколько приложений. Способность ОС поддерживать работу одновременно нескольких приложений называется многозадачностью. Система обеспечивает такую работу, выделяя каждому приложению определенную порцию квантов времени процессора, т. е. реально ОС не позволяет нескольким приложениям работать в один и тот же момент времени, а просто организует их последовательное выполнение в течение установленных интервалов времени. Существуют различные типы многозадачности. В большинстве версий Windows используется вытесняющая многозадачность, подразумевающая, что управление между выполняющимися приложениями передается по истечении некоторого заранее определенного интервала времени по сигналу таймера, или в результате каких-либо событий, возникших в ходе выполнения программы. В оболочке Win3.x использовалась кооперативная многозадачность, при которой передача управления выполнялась по инициативе самих приложений, что позволяло приложению "захватить" процессор, остановив выполнение других приложений.
При запуске исполняемого файла приложения на выполнение, в ОС стартует новый процесс. 
Примечание. Для того чтобы просмотреть список всех процессов, выполняющихся в данный момент на вашем компьютере в ОС Windows 2000 или XP, нажмите сочетание клавиш Ctrl-Alt-Del для вызова инспектора задач (Task Manager) и перейдите на вкладку Процессы (Processes). 
Каждому процессу ОС выделяет 4 Гб виртуального адресного пространства. Виртуальное пространство памяти - это множество адресов, генерируемых компилятором системы программирования на одном из языков. Каждой программе назначается один и тот же диапазон виртуальных адресов, но, как только работающей программе нужен доступ к физической памяти и программа обращается по некоторому виртуальному адресу, ОС преобразует этот виртуальный адрес в реальный физический адрес памяти, который не пересекается с физическими адресами других процессов.
Процессом в ОС Windows называется системная структура данных, содержащая всю необходимую информацию для организации выполнения приложения пользователя.
Приложение может состоять из нескольких в общем случае независимых программных фрагментов, называемых потоками.
Каждый процесс всегда имеет первичный (основной) поток, в рамках которого выполняется программный код, присутствующий в контексте данного потока. При создании процесса ОС автоматически создает его основной поток. В свою очередь, этот поток при необходимости может создавать новые, дополнительные потоки.
Таким образом, одновременное выполнение нескольких приложений, означает одновременное выполнение в процессоре нескольких потоков одного и того же или различных процессов. В обычных однопроцессорных ЭВМ в конкретный момент времени не может выполняться два или более потоков одновременно. В соответствии с принципом вытесняющей многозадачности, ОС выделяет для выполнения каждого потока определенный отрезок процессорного времени (квант), в течение которого поток выполняется в процессоре, а уже за счет быстродействия процессора у пользователя создается иллюзия одновременного выполнения его приложений.
Каждый поток использует специальную системную структуру данных, называемую контекстом, для хранения информации о состоянии потока, точнее - о состоянии регистров процессора. Контекст хранится в системной области памяти. Как только ОС выделяет для выполнения некоторого потока квант времени, состояния регистров процессора, которые хранятся в контексте этого потока, загружаются в процессор компьютера и поток начинает выполняться с того места программы, куда ссылается только что загруженный код регистра указателя команд. После того как текущий квант времени выполнения потока истекает, его контекст сохраняется в памяти, а в процессор загружается контекст следующего потока.