প্রসেস কন্ট্রোল ব্লক (PCB) ও কনটেক্সট সুইচিং

১ · PCB — OS-এর "প্রসেস ফাইল"

PCB (Process Control Block)Process Control BlockOS-এর ডেটা স্ট্রাকচার যা একটি নির্দিষ্ট প্রসেস পরিচালনার জন্য প্রয়োজনীয় সব তথ্য (স্টেট, রেজিস্টার, প্রায়োরিটি, মেমরি তথ্য, খোলা ফাইল) ধরে রাখে। হলো OS-এর একটি ডেটা স্ট্রাকচার — প্রতিটি প্রসেসের জন্য একটি করে — যেখানে সেই প্রসেস পরিচালনার জন্য প্রয়োজনীয় প্রায় সবকিছু থাকে: L05-এর প্রসেস স্টেট, প্রোগ্রাম কাউন্টার (পরবর্তী কোন নির্দেশ চালাতে হবে), CPU রেজিস্টারের মান, CPU শিডিউলিং তথ্য (প্রায়োরিটি — M3-এ বিস্তারিত), মেমরি ম্যানেজমেন্ট তথ্য, এবং I/O স্ট্যাটাস তথ্য। সব প্রসেসের PCB একসাথে মিলে OS-এর অভ্যন্তরীণ "প্রসেস টেবিল" গঠন করে — OS এই টেবিল দেখেই জানে সিস্টেমে এই মুহূর্তে কোন কোন প্রসেস আছে এবং প্রতিটির অবস্থা কী।

২ · কনটেক্সট সুইচ কী

কনটেক্সট সুইচContext SwitchOS যখন CPU-কে এক প্রসেস চালানো থেকে সরিয়ে আরেকটি প্রসেস চালানোয় নিয়ে যায় — বর্তমান প্রসেসের রেজিস্টার স্টেট সেভ করে এবং পরবর্তী প্রসেসের স্টেট লোড করে। ঘটে যখন OS CPU-কে একটি চলমান প্রসেস থেকে সরিয়ে অন্য একটি প্রসেসে নিয়ে যায়। এই প্রক্রিয়ায় দুটি ধাপ অবশ্যই সঠিক ক্রমে ঘটতে হবে — প্রথমে বর্তমান (আউটগোয়িং) প্রসেসের CPU রেজিস্টার স্টেট তার নিজের PCB-তে সেভ করতে হবে (নাহলে সেই কাজ চিরতরে হারিয়ে যাবে), তারপর পরবর্তী (ইনকামিং) প্রসেসের PCB থেকে তার আগে সেভ করা রেজিস্টার স্টেট CPU-তে লোড করতে হবে। এই সেভ/লোড ছাড়া CPU জানবেই না ইনকামিং প্রসেসটি ঠিক কোথায় থেমে ছিল।

৩ · কনটেক্সট সুইচ কেন "বিনামূল্যে" নয়

কনটেক্সট সুইচের সময় CPU কোনো ব্যবহারকারী প্রোগ্রামের জন্য দরকারি কাজ করছে না — এটি শুধু রেজিস্টার সেভ/লোড করছে। এই সময়টুকু সম্পূর্ণ ওভারহেড — কোনো প্রসেসের প্রকৃত অগ্রগতি হচ্ছে না। তাই যত ঘন ঘন কনটেক্সট সুইচ হবে, তত বেশি CPU সময় এই "হিসাব-নিকাশে" ব্যয় হবে, প্রকৃত কাজে কম। এই সরাসরি সম্পর্কই M3-এর Round Robin শিডিউলিংয়ের টাইম-কোয়ান্টাম বেছে নেওয়ার সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ ট্রেড-অফ — কোয়ান্টাম খুব ছোট হলে বেশি সুইচ হয় (বেশি ওভারহেড), খুব বড় হলে রেসপন্সিভনেস কমে যায়।

৪ · একটি কনটেক্সট-সুইচ সিমুলেশন

নিচের কোডে দুটি প্রসেসের PCB এবং একটি context_switch() ফাংশন তৈরি করে দেখানো হলো P1 থেকে P2-তে সুইচ করা, তারপর আবার P2 থেকে P1-এ ফিরে আসা — এবং যাচাই করা হলো P1-এর রেজিস্টার স্টেট এই দুই সুইচের মধ্যেও অবিকৃত ছিল কি না।

# PCB ও কনটেক্সট সুইচ সিমুলেশন -- সিমুলেটেড, বাস্তব কোনো CPU রেজিস্টার নয়

pcb_table = {
    "P1": {"pid": 1, "state": "Running", "priority": 2, "saved_registers": None},
    "P2": {"pid": 2, "state": "Ready",   "priority": 1, "saved_registers": None},
}

def context_switch(cpu_registers, outgoing_pcb, incoming_pcb):
    # ধাপ ১: বর্তমান (আউটগোয়িং) প্রসেসের রেজিস্টার স্টেট তার নিজের PCB-তে সেভ করা
    outgoing_pcb["saved_registers"] = dict(cpu_registers)
    outgoing_pcb["state"] = "Ready"
    # ধাপ ২: ইনকামিং প্রসেসের PCB থেকে তার সেভ করা রেজিস্টার স্টেট লোড করা
    incoming_pcb["state"] = "Running"
    return dict(incoming_pcb["saved_registers"])

# শুরুতে P1 চলছে, CPU রেজিস্টারে তার state আছে
cpu_registers = {"PC": 1000, "ACC": 42, "SP": 9000}
pcb_table["P1"]["saved_registers"] = dict(cpu_registers)

# P2-এর আগে সেভ করা রেজিস্টার (এখনও কখনো চলেনি ধরে নিলে তার শুরুর মান)
pcb_table["P2"]["saved_registers"] = {"PC": 2000, "ACC": 0, "SP": 8000}

print("সুইচ ১: P1 -> P2")
cpu_registers = context_switch(cpu_registers, pcb_table["P1"], pcb_table["P2"])
print("CPU রেজিস্টার এখন (P2-এর):", cpu_registers)
print("P1-এর PCB-তে সেভ হওয়া রেজিস্টার:", pcb_table["P1"]["saved_registers"])

# P2 চলাকালীন কিছু কাজ করলো, তার রেজিস্টার বদলে গেলো
cpu_registers["ACC"] = 99
cpu_registers["PC"] = 2050

print("\nসুইচ ২: P2 -> P1 (ফিরে যাওয়া)")
cpu_registers = context_switch(cpu_registers, pcb_table["P2"], pcb_table["P1"])
print("CPU রেজিস্টার এখন (P1-এর):", cpu_registers)
print("P2-এর PCB-তে সেভ হওয়া রেজিস্টার:", pcb_table["P2"]["saved_registers"])

print("\nনিশ্চিতকরণ: P1-এর রেজিস্টার অবস্থা সঠিকভাবে সংরক্ষিত ছিল কি?",
      cpu_registers == {"PC": 1000, "ACC": 42, "SP": 9000})