Язык программирования C#9 и платформа .NET5 полностью

Концепция "процесса" существовала в операционных системах Windows задолго до выпуска платформы .NET/.NET Core. Пользуясь простыми терминами, процесс — это выполняющаяся программа. Тем не менее, формально процесс является концепцией уровня операционной системы, которая применяется для описания набора ресурсов (таких как внешние библиотеки кода и главный поток) и необходимых распределений памяти, используемой функционирующим приложением. Для каждого загруженного в память приложения .NET Core операционная система создает отдельный изолированный процесс для применения на протяжении всего времени его существования.

При использовании такого подхода к изоляции приложений в результате получается намного более надежная и устойчивая исполняющая среда, поскольку отказ одного процесса не влияет на работу других процессов. Более того, данные в одном процессе не доступны напрямую другим процессам, если только не применяются специфичные инструменты вроде пространства имен System.IO.Pipes или класса MemoryMappedFile.

Каждый процесс Windows получает уникальный идентификатор процесса (process identifier — PID) и может по мере необходимости независимо загружаться и выгружаться операционной системой (а также программно). Как вам возможно известно, в окне диспетчера задач Windows (открываемом по нажатию комбинации клавиш <Ctrl+Shift+Esc>) имеется вкладка Processes (Процессы), на которой можно просматривать разнообразные статические данные о процессах, функционирующих на машине. На вкладке Details (Подробности) можно видеть назначенный идентификатор PID и имя образа (рис. 14.1).

Каждый процесс Windows содержит начальный "поток", который действует как точка входа для приложения. Особенности построения многопоточных приложений на платформе .NET Core рассматриваются в главе 15; однако для понимания материала настоящей главы необходимо ознакомиться с несколькими рабочими определениями. Поток представляет собой путь выполнения внутри процесса. Выражаясь формально, первый поток, созданный точкой входа процесса, называется главным потоком. В любой программе .NET Core (консольном приложении, Windows-службе, приложении WPF и т.д.) точка входа помечается с помощью метода Main() или файла, содержащего операторы верхнего уровня. При обращении к этому коду автоматически создается главный поток.

Процессы, которые содержат единственный главный поток выполнения, по своей сути безопасны в отношении потоков, т.к. в каждый момент времени доступ к данным приложения может получать только один поток. Тем не менее, однопоточный процесс (особенно с графическим пользовательским интерфейсом) часто замедленно реагирует на действия пользователя, когда его единственный поток выполняет сложную операцию (наподобие печати длинного текстового файла, сложных математических вычислений или попытки подключения к удаленному серверу, находящемуся на расстоянии тысяч километров).

Учитывая такой потенциальный недостаток однопоточных приложений, операционные системы, которые поддерживаются .NET Core, и сама платформа .NET Core предоставляют главному потоку возможность порождения дополнительных вторичных потоков (называемых рабочими потоками) с использованием нескольких функций из API-интерфейса Windows, таких как CreateThread(). Каждый поток (первичный или вторичный) становится уникальным путем выполнения в процессе и имеет параллельный доступ ко всем совместно используемым элементам данных внутри этого процесса.

Нетрудно догадаться, что разработчики обычно создают дополнительные потоки для улучшения общей степени отзывчивости программы. Многопоточные процессы обеспечивают иллюзию того, что выполнение многочисленных действий происходит более или менее одновременно. Например, приложение может порождать дополнительный рабочий поток для выполнения трудоемкой единицы работы (вроде вывода на печать крупного текстового файла). После запуска вторичного потока главный поток продолжает реагировать на пользовательский ввод, что дает всему процессу возможность достигать более высокой производительности. Однако на самом деле так происходит не всегда: применение слишком большого количества потоков в одном процессе может приводить к ухудшению производительности из-за того, что центральный процессор должен переключаться между активными потоками внутри процесса (а это отнимает время).