--- title: 'Süreç Çatallama' source: 'https://academia.sh/tr/kurslar/isletim-sistemi-kavramlari/surec-catallama' course: 'İşletim Sistemi Kavramları' language: tr updated: '2026-08-17T18:08:22+00:00' license: 'CC BY-SA 4.0' --- # Süreç Çatallama Yeni bir sürecin var olan bir süreçten türetilmesi ve kalıtımın ölçülmesi: dört çatallama hevesli kopyalamayla 64 sanal sayfa taşıyor, yazarken kopyalamayla 15 sayfaya iniyor, geriye 49 boşa kopyalanmış sayfa kalıyor ve sayfa hatasının bedeli 4 zaman birimine çıktığında yazarken kopyalama üstünlüğünü kaybediyor. Önceki derste beş süreç hazır verilmişti; makine açıldığında orada duruyorlardı. Gerçek bir makinede hiçbir süreç böyle doğmaz. Her süreç, çalışmakta olan bir başka süreç tarafından yaratılır ve yaratıldığı anda yaratıcısından bir şeyler devralır. Bu türetme işlemine **çatallama (fork)** denir. Sorunun ölçülebilir biçimi şudur: bir sürecin kopyası çıkarılırken **kaç sanal sayfanın kopyalanması** gerekir. Süreç soyutlamasının yalıtım güvencesi tam olarak burada bedelini ister, çünkü iki sürecin birbirinin belleğine dokunamaması ancak iki ayrı adres uzayı varsa sağlanır. - **SR9.** Çatallama, **var olan bir süreçten** yeni bir süreç türetir. Türeten **ebeveyn**, türeyen **çocuktur**; ilişki bir ağaç kurar. - **SR10.** Bu derste ağaç sabittir: S1 çatallayarak S2 ve S3'ü, S2 çatallayarak S4 ve S5'i üretir. Toplam **dört çatallama** vardır. - **SR11.** Bir sürecin adres uzayı **16 sanal sayfadır** (ortak tanımın `SANAL_SAYFA` değeri). Bir sayfanın kopyalanması **1 zaman birimi** tutar. - **SR12.** Bir sayfayı **salt okunur işaretlemek** bir bit çevirmektir ve bu modelde **0 zaman birimi** tutar. Bu bir seçimdir ve sonuç ona duyarlıdır; duyarlılık ders içinde süpürülür. - **SR13.** Çocuğun dokunduğu sayfa kümesi, iş yükünün hesap adımlarından okunur. Her dokunuş **yazma sayılır**; bu, yazarken kopyalama için **kötümser üst sınırdır**. - **SR14.** Alt süreç çalıştırma, boru hattı ve iş denetimi **Kabuk Programlama** kursunda kullanım düzeyinde ele alındı; burada **tekrarlanmaz**. Bu ders yalnız çatallamanın kalıtımını ve maliyetini sayar. - **SR15.** Ölçünün çözünürlüğü **2 zaman birimidir**. Bunun altındaki fark **ölçülmemiş sayılır** ve öyle yazılır. ## Çatallamanın Üç Ayrı Davranışı Çatallama tek bir işlem gibi görünür ama sürecin durumunu üç ayrı biçimde ele alır ve bu üç biçim birbiriyle karıştırılmamalıdır. **Kopyalama.** Adres uzayı çocuğa aittir. Ebeveyn kopyaladıktan sonra bir sayfayı değiştirirse çocuk bunu görmez, çocuk değiştirirse ebeveyn görmez. Yalıtımı sağlayan davranış budur ve **tek bedelli olan da budur**. **Kalıtım.** Bazı alanlar çocuğa değeriyle geçer: öncelik, çalışma dizini, kaynak sınırları. Çocuk bunları sonradan değiştirebilir ve değişiklik ebeveyni etkilemez, ama başlangıç değeri ebeveynden gelir. **Paylaşım.** Bazı yapılar tek nesne olarak kalır ve iki süreç aynı nesneyi görür. Açık **dosya tanıtıcısının (file descriptor)** işaret ettiği okuma konumu böyledir: ebeveyn okuyup ilerlediğinde çocuk kaldığı yerden okur. Paylaşımın bedeli sıfırdır, ama yalıtımı da yoktur. Üçünün ayrı tutulması gerekir, çünkü bir hata ararken sorulacak soru her birinde farklıdır. Kopyalanan bir alanda ebeveynin sonraki değişikliği çocuğa **hiçbir zaman** ulaşmaz; kalıtılan bir alanda çocuğun başlangıç değeri ebeveyninkidir ama sonrası bağımsızdır; paylaşılan bir nesnede iki sürecin **her** işlemi diğerini etkiler. Çatallama sonrası beklenmedik bir davranış görüldüğünde ilk iş, ilgili durumun bu üç kümeden hangisine düştüğünü belirlemektir. Çocuk, ebeveyninden bağımsız bir süreçtir; ebeveyn önce bitse bile çocuk koşmayı sürdürür. Süreç tablosundaki girdisi kendisine aittir ve önceki dersteki dokuz alanı taşır. Bu yüzden çatallamanın bedeli iki kalemdir: bir süreç tablosu girdisi ve bir adres uzayı. Girdi sabit ve küçüktür; adres uzayı sabit değildir ve bu dersin ölçtüğü şey odur. ## İş Yükü ve Çatallama Ağacı İlk blok, önceki derste kurulan iş yükünü aynen yeniden kurar. İkinci blok çatallamayı modeller ve iki kopyalama yordamını sayar. ```python # Bu makine bir BENZETICIDIR. Hicbir gercek surec, cekirdek cagrisi ya da # zaman olcumu yoktur; butun sureler modeldeki zaman birimidir. TOHUM = 20260218 SUREC_SAYISI = 5 ADIM_SAYISI = 12 BEKLEME_SURESI = 30 # bir girdi/cikti adimi kac zaman birimi surer BAGLAM_BEDELI = 2 # bir baglam degistirmenin bedeli (zaman birimi) SANAL_SAYFA = 16 def uretec(tohum): """Belirlenimci sozde-rastgele uretec. Ayni tohum ayni diziyi verir.""" d = tohum def sonraki(n): nonlocal d d = (d * 1103515245 + 12345) % 2147483648 return d % n return sonraki def is_yuku(tohum=TOHUM): """Bir adim ya ("HESAP", sanal_sayfa) ya da ("BEKLE", sure).""" r = uretec(tohum) isler = [] for i in range(SUREC_SAYISI): adimlar = [] for _ in range(ADIM_SAYISI): if r(10) < 3: adimlar.append(("BEKLE", BEKLEME_SURESI)) else: taban = (i * 3) % SANAL_SAYFA adimlar.append(("HESAP", (taban + r(4)) % SANAL_SAYFA)) isler.append({"ad": f"S{i+1}", "adim": adimlar, "oncelik": 1 + r(3), "varis": i * 4}) return isler ISLER = is_yuku() print("surec varis oncelik hesap adimi") for i in ISLER: h = sum(1 for t, _ in i["adim"] if t == "HESAP") print(f" {i['ad']:4s} {i['varis']:5d} {i['oncelik']:8d} {h:12d}") ``` ``` surec varis oncelik hesap adimi S1 0 3 9 S2 4 2 9 S3 8 1 7 S4 12 3 7 S5 16 2 7 ``` ## Neyi Kopyalar, Neyi Kalıtır, Neyi Paylaşır Aşağıdaki `catalla` yordamı çocuğun süreç tablosu girdisini üretir. Alanların yanındaki yorumlar üç davranışın hangisinin işlediğini gösterir; son satır paylaşımı **nesne kimliğiyle** kanıtlar. ```python # Ilk blogun uzerine: ISLER, SANAL_SAYFA ve ADIM_SAYISI oradan gelir. KOPYA_BEDELI = 1 # bir sanal sayfayi kopyalamak kac zaman birimi surer TANITICI = [0, 1, 2] # her surecin acilista tuttugu tanitici listesi AGAC = [("S2", "S1"), ("S3", "S1"), ("S4", "S2"), ("S5", "S2")] TABLO = {i["ad"]: dict(i, tanitici=list(TANITICI)) for i in ISLER} DOKUNUS = {i["ad"]: sorted({v for t, v in i["adim"] if t == "HESAP"}) for i in ISLER} def catalla(ad, ebeveyn_ad, yordam="hevesli"): """Cocugun surec tablosu girdisini uretir ve kopyalanan sayfayi sayar.""" e = TABLO[ebeveyn_ad] cocuk = {"ad": ad, # yeni: cocugun kendi kimligi "varis": TABLO[ad]["varis"], # yeni "adim": list(TABLO[ad]["adim"]), # cocugun catallamadan sonraki adimlari "oncelik": e["oncelik"], # kalitim: ebeveynden gelir "tanitici": e["tanitici"]} # paylasim: ayni liste nesnesi sayfa = SANAL_SAYFA if yordam == "hevesli" else len(DOKUNUS[ad]) return cocuk, sayfa for yordam in ("hevesli", "yazarken"): sayfa = sum(catalla(ad, eb, yordam)[1] for ad, eb in AGAC) print(f"{yordam:9s} kopyalama: {len(AGAC)} catallama, {sayfa:2d} sayfa," f" {sayfa * KOPYA_BEDELI:2d} zaman birimi") print() print("cocuk dokundugu sayfa adet hevesli yazarken bosa kopyalanan") for ad, eb in AGAC: d = len(DOKUNUS[ad]) print(f" {ad:4s} {str(DOKUNUS[ad]):20s} {d:4d} {SANAL_SAYFA:8d} {d:9d}" f" {SANAL_SAYFA - d:16d}") print("toplam bosa kopyalanan sayfa:", sum(SANAL_SAYFA - len(DOKUNUS[ad]) for ad, _ in AGAC)) print() c, _ = catalla("S2", "S1") print("kalitim : oncelik", TABLO["S1"]["oncelik"], "->", c["oncelik"]) print("paylasim : tanitici listesi ayni nesne mi:", c["tanitici"] is TABLO["S1"]["tanitici"]) print("yenilenen: ad", c["ad"], "| varis", c["varis"]) ``` ``` hevesli kopyalama: 4 catallama, 64 sayfa, 64 zaman birimi yazarken kopyalama: 4 catallama, 15 sayfa, 15 zaman birimi cocuk dokundugu sayfa adet hevesli yazarken bosa kopyalanan S2 [3, 4, 5, 6] 4 16 4 12 S3 [6, 7, 8, 9] 4 16 4 12 S4 [9, 11, 12] 3 16 3 13 S5 [12, 13, 14, 15] 4 16 4 12 toplam bosa kopyalanan sayfa: 49 kalitim : oncelik 3 -> 3 paylasim : tanitici listesi ayni nesne mi: True yenilenen: ad S2 | varis 4 ``` **Hevesli kopyalama**, çatallama anında adres uzayının tamamını çıkarır: dört çatallama için $4 \times 16 = 64$ sayfa. **Yazarken kopyalama (copy-on-write)** ise çatallama anında hiçbir sayfayı kopyalamaz; bütün sayfaları salt okunur işaretler ve bir sayfaya ilk yazma denendiğinde yalnız o sayfayı çıkarır. Bu iş yükünde dört çocuk toplam **15 ayrı sayfaya** dokunur, dolayısıyla kopyalanan sayfa 64'ten 15'e iner. Aradaki 49 sayfa **boşa kopyalanmış** sayfadır: hevesli yordam onları çıkarır, çocuk hiçbirine dokunmaz. Oran süreç başına belirgindir — S4 kendi adres uzayının 16 sayfasından yalnız 3'üne dokunur, geri kalan 13'ü kopyalanır ve okunmadan atılır. ## Kalıtım Zincir Boyunca İşler Çatallama bir ağaç kurduğu için kalıtım tek adımda kalmaz. S4, S2'den türer ve S2 de S1'den türemiştir; dolayısıyla S4'ün başlangıç önceliği S1'e kadar geri gider. Ağacın tamamı kurulduğunda bunun ne yaptığı sayılabilir. ```python # Onceki bloklarin uzerine: ISLER, AGAC, TABLO ve catalla. EBEVEYN = dict(AGAC) def agaci_kur(yordam="hevesli"): """Kok S1'den baslayarak butun agaci catallar; oncelik zincir boyunca kalitilir.""" kurulu, sayfa = {"S1": dict(TABLO["S1"])}, 0 for ad, eb in AGAC: c, s = catalla(ad, eb, yordam) c["oncelik"] = kurulu[eb]["oncelik"] # kalitim zinciri kurulu[ad] = c sayfa += s return kurulu, sayfa KURULU, SAYFA = agaci_kur() DERINLIK = {"S1": 0} print("surec ebeveyn derinlik kendi onceligi kalitilan oncelik") for i in ISLER: ad = i["ad"] if ad in EBEVEYN: DERINLIK[ad] = DERINLIK[EBEVEYN[ad]] + 1 print(f" {ad:4s} {EBEVEYN.get(ad, '-'):>8s} {DERINLIK[ad]:9d}" f" {TABLO[ad]['oncelik']:15d} {KURULU[ad]['oncelik']:18d}") print("agac derinligi:", max(DERINLIK.values()), "| yaprak:", sum(1 for a in DERINLIK if a not in EBEVEYN.values())) print("kendi onceliklerinde ayri deger:", len({TABLO[a]["oncelik"] for a in DERINLIK}), "| kalitilanlarda:", len({KURULU[a]["oncelik"] for a in DERINLIK})) ``` ``` surec ebeveyn derinlik kendi onceligi kalitilan oncelik S1 - 0 3 3 S2 S1 1 2 3 S3 S1 1 1 3 S4 S2 2 3 3 S5 S2 2 2 3 agac derinligi: 2 | yaprak: 3 kendi onceliklerinde ayri deger: 3 | kalitilanlarda: 1 ``` Son satır kalıtımın sessiz sonucudur. İş yükünün kendi öncelik değerleri üç ayrı düzey taşır; ağaç çatallamayla kurulduğunda hepsi kökün değerine, yani 3'e iner ve **ayrı düzey sayısı 1'e düşer**. Öncelik bakan bir çizelgeleyici için bu, bütün süreçlerin ayırt edilemez hâle gelmesi demektir; kalıtımın maliyeti sayfa cinsinden sıfırdır ama bilgi cinsinden değildir. Çocuk kendi önceliğini sonradan **açıkça** kurmak zorundadır; kurmazsa ebeveyninkiyle koşar. Ağacın derinliği bu kurulumda 2, yaprak sayısı 3'tür. Derinlik önemlidir çünkü kalıtım zincirinin uzunluğunu verir: derinliği $d$ olan bir çocuğun başlangıç değerleri, $d$ adım öteden gelmiş olabilir ve bunu görmenin tek yolu ağacı geri yürümektir. ## Kopyalama, İşin Kendisiyle Karşılaştırıldığında Bu sayıların büyük olup olmadığı, ancak iş yükünün gerçek işiyle yan yana konunca anlaşılır. Aynı beş sürecin toplam hesap adımı **39 zaman birimidir**. ```python # Onceki bloklarin uzerine: ISLER, AGAC, DOKUNUS, SANAL_SAYFA, KOPYA_BEDELI. ISARET_BEDELI = 0 # bir sayfayi salt okunur isaretlemek bir bit cevirmektir HESAP = sum(1 for i in ISLER for t, _ in i["adim"] if t == "HESAP") SAYFA = sum(len(DOKUNUS[ad]) for ad, _ in AGAC) HEVESLI = len(AGAC) * SANAL_SAYFA print("is yukunun toplam hesap adimi :", HESAP) print("hevesli kopyalama / hesap adimi orani:", round(HEVESLI / HESAP, 4)) print("yazarken kopyalama / hesap adimi :", round(SAYFA / HESAP, 4)) print() print("sayfa hatasi bedeli hevesli yazarken kazanan") for hata in range(7): h = HEVESLI * KOPYA_BEDELI y = HEVESLI * ISARET_BEDELI + SAYFA * (hata + KOPYA_BEDELI) if abs(h - y) < 2: kazanan = "olculemez" else: kazanan = "yazarken" if y < h else "hevesli" print(f"{hata:19d} {h:8d} {y:9d} {kazanan}") ``` ``` is yukunun toplam hesap adimi : 39 hevesli kopyalama / hesap adimi orani: 1.641 yazarken kopyalama / hesap adimi : 0.3846 sayfa hatasi bedeli hevesli yazarken kazanan 0 64 15 yazarken 1 64 30 yazarken 2 64 45 yazarken 3 64 60 yazarken 4 64 75 hevesli 5 64 90 hevesli 6 64 105 hevesli ``` İlk oran, bu dersin en sert sayısıdır: hevesli çatallama, beş sürecin **bütün hesap işinden 1,641 kat pahalıdır**. Yeni süreç kurmanın maliyeti, o süreçlerin yapacağı işten büyüktür. Yazarken kopyalamada oran 0,3846'ya iner, yani kopyalama işin üçte birinden azını tutar. Bu oran iş yüküne bağlıdır ve öyle yazılmalıdır: süreç başına on iki adım yerine yüz iki adım olsaydı payda büyür, oran düşerdi. Ölçülen şey çatallamanın mutlak pahalılığı değil, **kısa ömürlü süreçlerde** kurulum bedelinin işi geçtiğidir. ## Yazarken Kopyalama Ne Zaman Kaybeder Yazarken kopyalama bedava değildir; kopyalamayı **ertelemekle** birlikte iki yeni kalem ekler. Birincisi, çatallama anında 64 sayfanın salt okunur işaretlenmesidir. İkincisi, ertelenen her kopyanın bir **sayfa hatasıyla** başlamasıdır: yazma denemesi yakalanır, denetim çekirdeğe geçer, sayfa çıkarılır ve komut yeniden yürütülür. Sayfa hatası bu kursun bellek ve depolama konusunda kendi başına ölçülür; burada yalnız bir bedel parametresidir. Süpürme, üstünlüğün mutlak olmadığını gösterir. Sayfa hatası 3 zaman birimine kadar yazarken kopyalama önde; **4 zaman biriminde hevesli kopyalama öne geçer** ve fark açılarak sürer. Sonuç, kursun ikinci iddiasının bu dersteki karşılığıdır: **soyutlama bazen kötüleştirir.** Yazarken kopyalamanın kazanması, çocuğun az sayıda sayfaya dokunmasına **ve** yakalamanın ucuz olmasına birlikte bağlıdır; ikisinden biri bozulunca kazanç yok olur. Tablonun 3 satırı ayrıca çözünürlüğün nasıl okunacağını gösterir. Orada hevesli 64, yazarken 60 verir; aradaki 4 zaman birimi çözünürlüğün (2 zaman birimi) üstündedir ve sayılır. Fark 1 olsaydı satır **ölçülemez** yazılırdı, çünkü bu modelde 1 zaman birimlik bir üstünlük bir sonucu değil bir yuvarlamayı ifade eder. İki uç durum bu bağımlılığı keskinleştirir. Çocuk çatallamadan hemen sonra kendi programını yükleyip adres uzayını tümüyle değiştirirse, hevesli yordamın kopyaladığı **64 sayfanın 64'ü** boşa gider. Tersine, çocuk bütün 16 sayfaya yazarsa yazarken kopyalama 64 sayfayı yine kopyalar ve üstüne 64 sayfa hatası ödetir; bu iş yükünde 64 yerine 128 zaman birimi eder. ## Özet - Çatallama, var olan bir süreçten yeni bir süreç türetir ve sürecin durumunu üçe ayırır: kopyalanan adres uzayı, kalıtılan değerler, paylaşılan nesneler. - Bedeli olan tek davranış kopyalamadır; kalıtım bir değer atamasıdır, paylaşım ise aynı nesneyi göstermektir ve sıfır sayfa tutar. - Bu ağaçta dört çatallama hevesli yordamla **64 sanal sayfa**, yazarken kopyalamayla **15 sanal sayfa** taşır; aradaki 49 sayfa boşa kopyalanmıştır. - Hevesli çatallama, beş sürecin toplam hesap işinin **1,641 katıdır**; süreç kurmak, süreçlerin yapacağı işten pahalı olabilir. - Kalıtım ağaç boyunca zincirlenir: bu ağaçta beş sürecin üç ayrı öncelik düzeyi, kalıtım sonrası **tek düzeye** iner ve öncelik bakan bir çizelgeleyici için ayırt edilemez olur. - Sayfa hatası bedeli **4 zaman birimine** çıktığında yazarken kopyalama üstünlüğünü yitirir; ertelenmiş kopyalama her koşulda daha ucuz değildir. ## Sonraki Adım Çatallamanın bedeli, yalıtımın bedelidir: iki süreç birbirinin belleğine dokunamasın diye sayfalar çoğaltılır. Yalıtımdan vazgeçilirse bu bedel de ortadan kalkar. Sonraki ders, aynı adres uzayını paylaşan ama kendi yığıtlarını tutan yürütme birimlerini ele alacak ve iki sayıyı karşılaştıracak: aynı işi süreçle ve iş parçacığıyla yapmanın **kopyalanan sayfa** ve **bağlam değiştirme** farkı.