ТГК: NetIntelRU

Когда программист пишет код, он редко задумывается о том, что происходит с программой после того, как он её написал. Но понимание этого процесса необходимо для эффективной отладки, оптимизации и написания надёжного кода. А ещё, это просто интересно.

Три пути выполнения

Если код компилируемый (например, написан на C++ или Go), то компилятор берет ваш исходный код (.cpp, .rs) и превращает его в так называемый объектный файл (.o или .obj). Это уже почти машинный код, но в нем могут быть "пробелы", например, вызов функции printf, код которой находится в другой библиотеке.

В работу вступает линковка (линкер/компоновщик/сборщик). Его задача взять один или несколько объектных файлов и склеить их в единый, работоспособный исполняемый файл (.exe или ELF). Он находит все недостающие функции (в других объектных файлах или в системных библиотеках), подставляет их реальные адреса на место "пробелов" и создает итоговый файл, готовый к загрузке в память.

Если код интерпретируемый (Python, JavaScript), то ситуация иная. Здесь нет классической компиляции и линковки перед запуском. Файл, который вы запускаете, это исходный текст. В память загружается сама программа-интерпретатор, а уже она получает путь к вашему скрипту. То есть, процесс создается для интерпретатора, а он уже, в свою очередь, будет читать и выполнять ваш код построчно в реальном времени.

Существует и гибридный подход (JIT-компиляция в Java или C#), когда исходный код сначала компилируется в промежуточный байт-код CIL (промежуточный код между высокоуровневым исходным кодом, который пишут разработчики, и машинным кодом, исполняемым процессором), а специальная среда выполнения (виртуальная машина) компилирует его в машинный код уже в процессе работы программы, совмещая гибкость интерпретации и скорость компиляции.

Теперь, когда у нас есть готовый исполняемый файл или запущен интерпретатор, загрузчик (см. Подготовка среды) наконец-то может сделать свою работу. Он открывает файл, считывает его структуру и раскладывает сегменты кода и данных по тем самым зонам в памяти, которые ОС выделила для процесса.

Подготовка среды

Операционная система готовит для программы пространство в памяти. ОС (Операционная система) - это главный менеджер вашего компьютера. Она постоянно слушает, что вы делаете (через графический интерфейс или командную строку). Когда она получает команду "запустить эту программу", она понимает, что задача найти исполняемый файл и подготовить его к работе.

Первый и самый важный шаг это создание процесса. Программа на диске это пассивный набор инструкций. Чтобы она заработала, ОС создает для нее сущность, называемую процессом. Это изолированная "песочница" с собственными ресурсами, чтобы ваша программа не могла вмешаться в работу других, например, браузера или антивируса.

ОС отрезает в оперативной памяти (RAM) приватный участок и называется он "виртуальное адресное пространство". Это мощная абстракция, которая дает каждому процессу иллюзию, что у него в распоряжении есть вся память компьютера целиком, начиная с адреса 0 и заканчивая очень большим числом (например, 2^64 в 64-битных системах).

В этом пространстве будут жить сам код программы, данные (глобальные переменные) и служебные структуры, такие как стек для вызовов функций и куча для динамической памяти. Эта изоляция - фундамент безопасности и стабильности системы.

Интересный момент не по теме: Если ОС так тщательно изолирует процессы, как тогда программа-вирус может украсть данные, зашифровать файлы или встроиться в систему? Ответ прост: вирус должен получить разрешение от пользователя или ОС на выход из своей "песочницы". Вирус, запущенный от имени обычного пользователя (без прав админа), не может повредить систему, но он может свободно работать с файлами текущего пользователя. Также вирус может использовать уязвимости и внедриться в другие процессы.

Каждому новому процессу ОС присваивает уникальный номер - Process ID. Так она может отличать твою запущенную косынку от десятков других процессов.

Теперь, когда процесс есть в памяти, специальный компонент ОС, "загрузчик", открывает твой исполняемый файл (.exe или файл в формате ELF) и раскладывает его части по заранее размеченным зонам в памяти.

Управление

Планировщик задач

Загрузчик разместил код в памяти, ОС передала управление процессору. Программа ожила и начала выполнять свои инструкции, но она не одна. На компьютере одновременно работают десятки других процессов. Как ОС управляет этим?

Современные процессоры умеют выполнять несколько инструкций одновременно, но одно физическое ядро в каждый момент времени обрабатывает только один поток (если не учитывать технологию Hyper-Threading).

Если у тебя четырёхъядерный процессор с Hyper-Threading, он может одновременно выполнять до восьми потоков (по одному на каждое логическое ядро). Однако в системе обычно работают десятки или даже сотни процессов и потоков, что гораздо больше, чем ядер.

Для этого существует планировщик ОС. Его задача эффективно распределять все процессы и потоки по доступным ядрам. Планировщик выделяет каждому потоку квант времени, обычно от нескольких до десятков миллисекунд, запускает поток на одном из ядер, даёт ему поработать, затем принудительно останавливает его, сохраняет контекст (содержимое регистров, счётчик команд и т.д.) и ставит на выполнение следующий поток.

Когда два потока выполняются одновременно на разных ядрах это истинный параллелизм. А когда планировщик быстро переключается между множеством потоков на одном ядре, создавая иллюзию одновременной работы, это конкурентность. Современные ОС используют оба принципа.

Этот процесс, называемый контекстным переключением, происходит так быстро (тысячи раз в секунду), что для пользователя все выглядит так, будто сотни программ работают параллельно.

Системные вызовы

Ваша программа не может делать все, что захочет. Она не может напрямую читать с диска, писать в сеть или выводить что-то на экран. Это было бы небезопасно и привело бы к полному хаосу. Вместо этого она просит ОС.

Системный вызов это специальный механизм, с помощью которого программа в пользовательском режиме обращается к ядру операционной системы, работающему в привилегированном режиме, чтобы выполнить операцию, недоступную в пользовательском режиме.

Когда программе нужно выполнить привилегированную операцию (например, открыть файл, выделить память или отправить данные по сети), она инициирует системный вызов. Для этого используется специальная инструкция процессора (например, syscall или svc), которая вызывает программное прерывание. Это прерывание приостанавливает выполнение программы и передаёт управление ядру ОС.

Ядро проверяет запрос, выполняет необходимые действия (например, чтение файла или выделение памяти), а затем возвращает результат программе и снова передаёт ей управление. Если операция требует ожидания, например, данные ещё не загружены с диска, ядро может временно блокировать программу, чтобы не тратить ресурсы процессора на ожидание.

Управление памятью и файлами

Во время работы программы её потребности в ресурсах могут меняться. ОС постоянно отслеживает это. Если программе требуется выделение или освобождение памяти на уровне ОС (например, при увеличении кучи или создании нового сегмента памяти), она делает системный вызов.

Менеджер памяти ОС зарезервирует виртуальное адресное пространство для процесса, а физическую память выделит по мере необходимости (например, при первом обращении к памяти). Если свободной физической памяти нет, ОС может использовать файл подкачки на диске. После выделения памяти ОС обновляет таблицы страниц процесса, чтобы он мог использовать новые блоки. Когда программа завершается, ОС освобождает память и другие ресурсы, возвращая их системе.

ОС ведёт учёт всех файлов, сетевых соединений, мьютексов, семафоров и других ресурсов, которые использует процесс. Это позволяет ей пытаться корректно закрыть все ресурсы, даже если процесс завершится аварийно, и минимизировать риск утечек или блокировок.

Исполнение

Исполнение это процесс, при котором процессор выполняет инструкции программы, преобразованные в машинный код.

Выборка (Fetch)

Процессор имеет специальный регистр - счётчик команд (Program Counter, PC или Instruction Pointer, IP), в котором хранится адрес следующей инструкции, которую нужно выполнить. Этот адрес виртуальный, и он преобразуется в физический с помощью MMU (Memory Management Unit).

Процессор обращается по этому адресу к памяти (в сегмент кода, загруженный загрузчиком) и загружает инструкцию в кэш - сверхбыструю внутреннюю память. Если инструкции нет в кэше, процессор обращается к оперативной памяти. Современные процессоры используют конвейеризацию и предварительную выборку, чтобы заранее загружать инструкции и минимизировать простои.

Конвейеризация это технология, при которой процессор разбивает выполнение инструкций на эти этапы и выполняет их параллельно для разных инструкций.

Благодаря конвейеризации процессор может выполнять несколько инструкций одновременно, даже если у него только одно ядро. Это значительно ускоряет работу программы.

Предварительная выборка это механизм, при котором процессор заранее загружает инструкции и данные в кэш, ещё до того, как они понадобятся.

Предварительная выборка помогает уменьшить простои процессора, которые возникают из-за медленной работы оперативной памяти. Чем точнее процессор предсказывает, что понадобится дальше, тем быстрее выполняется программа.

Декодирование (Decode)

Скопированная инструкция это просто числа. Процессор должен понять, что она означает. Каждая инструкция состоит из кода операции (opcode), который определяет действие, и операндов, указывающих, с какими данными работать.

Устройство управления анализирует opcode и генерирует сигналы для активации нужных компонентов процессора. Например, для инструкции сложения (ADD EAX, EBX) оно отправит сигнал в арифметико-логическое устройство (АЛУ), чтобы выполнить операцию, и в регистры, чтобы сохранить результат.

На этом этапе процессор также извлекает операнды из регистров или памяти. Например, если инструкция требует сложить два числа, процессор загрузит их из указанных регистров в АЛУ.

Пример: Рассмотрим инструкцию MOV EAX, [EBX] (переместить данные из ячейки памяти, адрес которой хранится в EBX, в регистр EAX). На этапе декодирования процессор:

1. Определяет, что это инструкция перемещения данных (MOV).

2. Извлекает адрес из регистра EBX.

3. Подготавливает АЛУ и регистры для передачи данных из памяти в EAX.

В современных процессорах декодирование может быть многоступенчатым и включать микропрограммы для сложных инструкций. Если процессор встречает недопустимую инструкцию, он генерирует исключение, и управление передаётся операционной системе.

Выполнение (Execute)

Где процессор берет числа для операций и куда кладет результат? Для этого у него есть своя сверхбыстрая внутренняя память - регистры.

Давайте посмотрим на этот процесс на простом примере. Возьмем строчку кода: c = a + 5;

После того как процессор декодировал инструкцию, соответствующую этой строке, он переходит к выполнению. Процессор загружает значение переменной a из оперативной памяти в один из своих регистров. Затем он загружает константу 5 в другой регистр (например, в RBX).

Он отдает команду своему АЛУ, чтобы сложить то, что лежит в RAX, с тем, что лежит в RBX. АЛУ выполняет сложение, и результат (например, 23) помещается обратно в регистр RAX. Наконец, процессор сохраняет значение из регистра RAX обратно в оперативную память, по адресу, где находится переменная c.

После выполнения этой последовательности микро-операций процессор обновляет счетчик команд, чтобы он указывал на следующую инструкцию в вашей программе, и весь цикл "выборка-декодирование-выполнение" повторяется снова миллиарды раз в секунду.

Завершение работы и уборка

Завершение работы

Прерывание это сигнал от аппаратного устройства, который говорит процессору остановиться. Оно не связано с текущей выполняемой инструкцией и может произойти в любой момент.

Когда процессор получает прерывание, текущее состояние программы сохраняется в стек. Процессор передает управление специальной функции в ядре ОС - обработчику прерываний. Это заранее подготовленный код для конкретного устройства.

Обработчик прерываний читает данные с клавиатуры, обрабатывает сетевой пакет или, в случае таймера, вызывает планировщик для переключения на другой процесс.

Исключение это событие, сгенерированное самим процессором в ответ на ошибку или особую ситуацию во время выполнения инструкции. Это синхронное событие, напрямую связанное с выполняемой инструкцией.

Это может быть деление на ноль, обращение к неверной памяти или системный вызов. Для ошибки ОС обычно завершает виновный процесс. Она отправляет ему сигнал, который, если не обработан программой, приводит к ее закрытию. Это защитный механизм, чтобы сбойная программа не повлияла на всю систему.

Для системного вызова ОС выполняет запрошенную операцию и возвращает управление программе, как мы описывали ранее.

При нормальном завершении, программа успешно выполнила все свои задачи и добралась до конца, тогда она закрывается, вызвав специальную функцию, или просто завершает свою главную функцию. При аварийном завершении, процессор генерирует исключение, ОС его перехватывает и решает, что такой процесс жить не может.

Уборка

Как бы программа не завершалась, во всех случаях ОС собирает мусор. У ОС есть таблица, где она отслеживает все файлы, которые открыл процесс. ОС проходит по этому списку и закрывает каждый файл. Это гарантирует, что все буферы на диске будут записаны, а сам файл станет доступен для других программ.

Если процесс устанавливал сетевые соединения, ОС корректно их разрывает, отправляя соответствующие пакеты удаленным хостам. Это освобождает сетевые порты. ОС также освобождает любые другие захваченные ресурсы.

Когда все ресурсы освобождены, ОС забирает обратно память. ОС полностью удаляет структуру, которая описывала виртуальное адресное пространство процесса. Таблицы страниц, которые связывали виртуальные адреса процесса с физической памятью, очищаются.

Вся физическая оперативная память (RAM) и место в файле подкачки, которые были заняты процессом, помечаются как свободные. Теперь они могут быть выделены другим процессам.

Его уникальный номер (PID) теперь свободен и может быть выдан новому процессу. Планировщик задач убирает этот процесс из своих очередей на выполнение.

Сборщик мусора (Garbage Collector, GC) это не механизм операционной системы, а компонент среды выполнения конкретного языка программирования. Если уборка, которую делает ОС, это снос целого процесса, то сборщик мусора это уборка внутри процесса, пока он живёт.

Если понравилась статья - рекомендую подписаться на телеграм‑канал NetIntel. Там вы сможете найти множество полезных материалов по IT и разработке!

А в нашем канале про продуктивность уже лежит бесплатный гайд от админа. Подписывайся и забирай!

Обновления:

- добавил переключатель темы светлая / темная;

- добавил отдельное меню для выбора типа калькулятора;

- появился раздел профиль и коктейли (пока в разработке).

Предложения по дополнению принимаются.

Доработал старый калькулятор

Как заметил @Killergoffs, действительно в формуле расчета принял ошибочно "выход" спирта 0,682л с килограмма сахара. Исправился и поставил 0,64 как и положено по формулам синтеза спирта из сахара.

Кроме этого, по предложению Евгения была добавлена функция разбавления спирта.

Пользуемся! Даем замечания и предложения....

У нас классный канал про продуктивность. Подписывайся, в закрепе уже лежит бесплатный гайд от админа!

Уроки обучения дизайну для детей могут строиться вокруг пары самостоятельных направлений. Это, скажем, web-дизайн, в рамках которого предполагается погружение в теорию и практику использования Figma и подобных сервисов для прототипирования и создания визуальных макетов страниц. Второе же направление в данном контексте – графический дизайн. Осваивать его ребята различных возрастов могут путем работы с рядом редакторов, например Photoshop и Illustrator.

Собрали несколько комплексных и обособленных онлайн-курсов и проанализировали их: если тема дополнительного обучения творческого ребенка актуальна, материал придется кстати.

Содержание

• Графический и веб-дизайн для детей: подборка онлайн-курсов для ребят младшего школьного и подросткового возраста

• Комплексная траектория «UX/UI-дизайн» для детей 12–17 лет

• Уроки графического дизайна для школьников, обучающихся в 5–11-х классах

• Занятия по графическому и веб-дизайну: обучение для школьников

• Цифровой дизайн: уроки для ребят 7–16 лет

• Курс «Digital-дизайнер» для детей от 10 до 15 лет

• Уроки графического дизайна для детей: обучение онлайн школьников 10+ лет

• Уроки обучения веб-дизайну для детей от 8 до 17 лет

• FAQ

• Чем полезны уроки обучения веб-дизайну для детей?

• Как выбрать онлайн-курсы веб-дизайна для подростков?

• В каком возрасте можно записаться на обучение веб-дизайну для школьников?

• Онлайн-обучение дизайну для детей подойдет только творческим ребятам?

Графический и веб-дизайн для детей: подборка онлайн-курсов для ребят младшего школьного и подросткового возраста

Сразу предлагаем перейти к сути: далее опубликовали ряд тематических курсов и аналитические сведения по каждому варианту.

Комплексная траектория «UX/UI-дизайн» для детей 12–17 лет

Узнать о траектории графического и веб-дизайна для подростков

Форматы: пройти уроки обучения графическому и веб-дизайну для детей можно в группе или один на один с опытным учителем.

Цена: от 600 рублей за час.

Скидка: 10 %. Получить выгоду удастся, если заплатить за 12 уроков минимум в день обращения.

Оплата маткапиталом: предусмотрена, дополнительно можно оформить вычет в размере 13 % и воспользоваться рассрочкой.

Содержание уроков: если коротко, то занятия по графическому и веб-дизайну для подростков помогут участникам траектории разобраться в создании сайтов, использовании Adobe Photoshop и Illustrator, а также собрать ряд проектов и добавить их в собственное портфолио.

Если более конкретно, то школьникам предстоит освоить:

• Веб-дизайн на примере использования Figma. Это сервис, функционирующий онлайн и предназначенный специально для создания макетов и прототипов сайтов. Дополнительно в соответствующий перечень блоков теории и практики заложены темы, касающиеся создания веб-проектов посредством конструктора Tilda, не требующего навыков в написании кода;

• Графический дизайн на примере использования Photoshop и Illustrator от Adobe. Если более конкретно, то участникам образовательной траектории предстоит поработать с цветом, формами, расположением визуальных элементов в проектах, а также вникнуть в векторную и растровую графику как обособленные сферы графического дизайна в целом.

Уроки графического дизайна для школьников, обучающихся в 5–11-х классах

Форматы: организатор набирает мини-группы, индивидуальные уроки не предусмотрены.

Цена: от 770 рублей за урок.

Темы: применение Figma, использование Photoshop, конструирование сайтов посредством Tilda и т. д.

Занятия по графическому и веб-дизайну: обучение для школьников

Форматы: мини-группы.

Цена: весь курс стоит от 34 750 рублей.

Темы: дизайн лендингов, графические концепции, работа с визуалом, разработка афиш и баннеров, оформление плакатов и т. д.

Цифровой дизайн: уроки для ребят 7–16 лет

Форматы: только индивидуальные удаленные уроки.

Цена: от 1 200 рублей за урок.

Темы: работа с инструментами различных графических редакторов, основы композиции и колористики, выполнение иллюстраций, создание макетов сайтов, фирменный стиль и т. д.

Курс «Digital-дизайнер» для детей от 10 до 15 лет

Форматы: набираются группы.

Цена: от 1 650 рублей за одно дистанционное занятие.

Темы: азы иллюстрации, создание композиции графического проекта, верстка, элементы фирменного стиля, основы так называемой упаковки бренда и т. д.

Уроки графического дизайна для детей: обучение онлайн школьников 10+ лет

Форматы: проводятся индивидуальные и индивидуально-групповые уроки.

Цена: от 790 рублей за урок.

Темы: коллажи в Фотошопе, ретуширование фотографий, креатив и стилизация, создание стикеров из пикселей и т. д.

Уроки обучения веб-дизайну для детей от 8 до 17 лет

Форматы: только один на один с учителем.

Цена: базовая стоимость занятия составляет 1 500 рублей.

Темы: создание графических интерфейсов, работа с прототипами, использование сервиса Figma и т. д.

FAQ

Чем полезны уроки обучения веб-дизайну для детей?

Уроки веб‑дизайна дают детям отличную возможность развить креативность и прокачать пространственное мышление. На курсах ребята учатся работать с цветами, формами и композицией, продумывать визуальную гармонию проектов и не только. В процессе создания макетов сайтов и интерфейсов школьники пробуют выражать свои идеи через дизайн-концепции, экспериментируют с разными стилями и находят собственный почерк. Это не просто рисование, каким оно предстает на бумаге. Это цифровое и часто вполне осмысленное творчество, где каждая деталь имеет значение и помогает ребенку выразить себя.

Кроме того, веб‑дизайн дает детям возможность прокачивать полезные жизненные навыки. Ребята учатся ставить задачи, искать нестандартные решения и доводить проекты до конца, видя реальный результат своих усилий.

Работа над дизайном требует внимания к деталям, умения структурировать информацию и учитывать потребности пользователя, скажем, в роли заказчика. На практике все это формирует системное мышление.

А еще тематические занятия повышают цифровую грамотность и дают представление о том, как устроены современные онлайн‑сервисы вроде Figma, что в будущем может стать хорошей основой для профессионального роста в IT.

Как выбрать онлайн-курсы веб-дизайна для подростков?

При выборе онлайн‑курсов веб‑дизайна для подростка в первую очередь стоит обратить внимание на то, насколько программа соответствует его уровню и интересам. Важно, чтобы курс не перегружал сложными терминами с первых занятий, а постепенно вводил в тему: от базовых принципов композиции и цвета к работе с инструментами вроде Figma или Tilda.

Хорошо, если обучение построено на практике: выполнение даже мини‑проектов помогает увидеть результат своих усилий и поддерживает мотивацию. Также стоит оценить, насколько материал подается живо и понятно, ведь, скажем, скучная теория без примеров быстро утомляет, а вот разбор живых кейсов и возможность попробовать разные стили дизайна, наоборот, вовлекают в процесс.

Не менее значимы человеческий фактор и формат поддержки. Лучше выбирать курсы, где есть обратная связь от преподавателя: комментарии к работам, разборы ошибок и ответы на вопросы помогают подростку не застревать на трудностях и чувствовать, что его прогресс замечают.

Удобно, если занятия записаны и их можно пересмотреть в записи, а домашние задания не занимают слишком много времени: так легче совмещать обучение с школьной программой.

Учет этих и других факторов поможет сделать безошибочный выбор, который в дальнейшем даст устойчивый результат.

В каком возрасте можно записаться на обучение веб-дизайну для школьников?

Запись на тематические курсы возможна даже в младшие школьные годы, но важно отталкиваться, помимо прочего, от возрастных познавательных способностей и образовательных потребностей ребенка. Дело в том, что в различных онлайн- и офлайн-школах предусмотрены курсы, ориентированные на обособленные категории учащихся, скажем, на младших школьников и на подростков. По понятным причинам уроки отличаются насыщенностью, темами, содержательностью, а иногда и продолжительностью.

Если с определением оптимального возрастного периода возникают затруднения, можно обратиться за консультацией к конкретному организатору или изучить сайт выбранной школы. Это поможет узнать о перечне образовательных программ и их ориентации на определенные категории учащихся по возрастам.

Онлайн-обучение дизайну для детей подойдет только творческим ребятам?

Нет, онлайн‑обучение дизайну подойдет не только творческим ребятам. Сегодня тематические образовательные программы для детей строятся так, чтобы вести конкретного ученика с самого начала, то есть от азов и до сложных тем. Все это реализуемо, даже если до этого учащийся никогда не рисовал и не интересовался графикой.

В обыкновенном случае все начинается с простых и понятных шагов: ребята разбираются, как выбрать тот или иной цвет, как расположить элементы на экране, как работать с базовыми инструментами используемого редактора и т. д. Задача курсов в данном контексте сводится к тому, чтобы не требовать наличия таланта, а постепенно развивать вкус, чувство композиции и уверенность в работе с цифровыми инструментами.

Важно помнить, что современный дизайн в виртуальном пространстве – это не только про то, чтобы рисовать и делать это красиво. Речь еще и про логику, структуру, понимание базовых графических концепций. Соответствующие задачи привлекают и тех детей, которые могут изначально отдавать предпочтение четким правилам, инструкциям, чем свободному творчеству.

При этом важно понимать, что на курсах дизайна ребята учатся не вдохновению из головы, а конкретным приемам и алгоритмам действий для творчества, и именно через это открывают в себе способность придумывать и воплощать собственные идеи. Так что отсутствие опыта или творческих наклонностей – не препятствие, если ребенок хочет попробовать себя в представленном направлении.