UNIT 2: प्रोसेस और मेमोरी प्रबंधन (Process & Memory Management)

 

2.1 प्रोसेस मैनेजमेंट (Process Management)

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2.1.1 प्रोसेस की अवधारणा (Process Concepts)

प्रोसेस एक रन हो रहा प्रोग्राम होता है। जब आप किसी प्रोग्राम को डबल क्लिक करके खोलते हैं, तो वह एक प्रोसेस बन जाता है।

🔹 प्रोसेस के कंपोनेंट्स:

• Code (Text Section): प्रोग्राम का कोड

• Data Section: ग्लोबल/स्थायी वैरिएबल्स

• Stack: फंक्शन्स, पैरामीटर, लोकल वैरिएबल्स

• Heap: डायनामिक मेमोरी (malloc आदि)

🔹 प्रोसेस स्टेट्स (Process States):

1. New: प्रोसेस बन रहा है

2. Ready: रन होने के लिए तैयार है

3. Running: CPU इसे चला रहा है

4. Waiting: किसी I/O या संसाधन के लिए इंतजार कर रहा है

5. Terminated: प्रोसेस समाप्त हो चुका है

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2.1.2 प्रोसेस पर क्रियाएँ (Operations on Processes)

🔹 1. Process Creation (बनाना):

• Parent process एक child process बनाता है

• UNIX में fork() सिस्टम कॉल से

🔹 2. Process Termination (समाप्त करना):

• Execution पूरा होने पर या error आने पर process terminate होता है

🔹 3. Process Hierarchy:

• Parent-child relationship में processes होते हैं

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2.1.3 इंटरप्रोसेस कम्युनिकेशन (IPC - Inter Process Communication)

जब एक से ज्यादा प्रोसेस एक ही सिस्टम पर चल रहे हों और उन्हें आपस में डेटा साझा करना हो, तो IPC की जरूरत होती है।

🔹 IPC के तरीके:

1. Shared Memory:
   दोनों processes एक ही memory का हिस्सा शेयर करते हैं।

2. Message Passing:
   एक प्रोसेस दूसरे को message भेजती है।

🔹 IPC के उदाहरण:

• Pipe

• Message Queues

• Semaphores

• Sockets

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✅ 2.2 प्रोसेस शेड्यूलिंग (Process Scheduling)

Scheduling का मतलब है - कौन सा process पहले CPU का इस्तेमाल करेगा।

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2.2.1 FCFS (First Come First Serve)

• जो प्रोसेस पहले आता है, उसे पहले CPU मिलता है।

• आसान लेकिन अप्रभावी (slow for long jobs)

📌 नुकसान: लंबा प्रोसेस पहले आ जाए तो पीछे वाले छोटे भी रुके रह जाते हैं। (Convoy effect)

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2.2.2 SJF (Shortest Job First)

• सबसे छोटा प्रोसेस पहले चलेगा।

• कम वेटिंग टाइम

📌 नुकसान: लंबा प्रोसेस indefinite समय तक wait कर सकता है। (Starvation)

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2.2.3 Priority Scheduling

• हर प्रोसेस को एक प्रायोरिटी (Priority) दी जाती है।

• High priority प्रोसेस पहले रन करता है।

📌 नुकसान: Low priority प्रोसेस starve हो सकते हैं।

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2.2.4 Round Robin (RR)

• हर प्रोसेस को एक Time Quantum मिलता है।

• सबको बारी-बारी से CPU दिया जाता है।

📌 फायदा: Time sharing सिस्टम्स के लिए बेहतर।

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✅ 2.3 मल्टी-थ्रेडेड प्रोग्रामिंग (Multi-Threaded Programming)

🔹 Thread:

• प्रोसेस के अंदर का सबसे छोटा executable यूनिट।

🔹 फायदे:

• कम समय और कम संसाधनों में multitasking

• Shared memory का लाभ

🔹 एक Multi-threaded प्रोग्राम:

• Web Browser: एक thread पेज लोड करता है, दूसरा यूज़र इनपुट लेता है

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✅ 2.4 मेमोरी प्रबंधन (Memory Management)

2.4.1 मेमोरी एलोकेशन (Memory Allocation)

🔹 दो प्रकार:

1. Static Allocation: कंपाइल टाइम पर

2. Dynamic Allocation: रनटाइम पर (जैसे malloc())

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2.4.2 स्वैपिंग (Swapping)

जब RAM कम पड़ जाए तो OS किसी प्रोसेस को डिस्क पर भेज देता है (swap out) और जरूरत पर वापस लाता है (swap in)।

📌 इससे RAM में नई processes को जगह मिलती है।

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2.4.3 Paging (पेजिंग)

RAM को fixed-size blocks (pages) में बांटा जाता है।

🔹 लाभ:

• External fragmentation नहीं होता

• Logical memory और physical memory को अलग रखा जाता है

📌 Page Table: logical to physical address mapping करता है।

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2.4.4 Segmentation (सेगमेंटेशन)

Memory को logical segments (Code, Data, Stack) में बांटा जाता है।

📌 Segment Table: हर segment की base और limit बताता है।

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✅ 2.5 वर्चुअल मेमोरी (Virtual Memory)

यह एक तकनीक है जिससे यूज़र को यह अनुभव होता है कि उसके पास ज्यादा RAM है।

🔹 कैसे काम करता है?

• RAM में जगह कम होने पर डाटा को डिस्क (swap space) पर रखा जाता है

• जरुरत पड़ने पर RAM में वापस लाया जाता है

📌 Paging + Swapping से मिलकर बनता है Virtual Memory

🔹 फायदे:

• बड़े प्रोग्राम भी रन हो सकते हैं

• मल्टीटास्किंग संभव