子プロセス (コプロセス) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

子プロセス (コプロセス) の読み方

日本語表記

子プロセス (コプロセス)

英語表記

child process (チャイルドプロセス)

子プロセス (コプロセス) の意味や用語解説

子プロセスとは、システム上で既に実行されている別のプロセス（これを親プロセスと呼ぶ）によって新しく生成され、実行されるプロセスのことを指す。コンピュータのオペレーティングシステムは、複数のプログラムを同時に実行するマルチタスク環境を提供しており、このマルチタスクを実現する基本的な仕組みの一つとしてプロセスが利用される。子プロセスは、親プロセスから独立した実行単位として機能し、それぞれが独自の処理ロジックとリソース（メモリ空間、CPU時間など）を持つ。プログラムが特定のタスクを並行して処理したい場合や、別のプログラムを実行したい場合に、親プロセスが子プロセスを生成するという構造が広く用いられる。これにより、システムの応答性を高めたり、機能ごとの分離を促したりすることが可能となる。例えば、Webサーバーがクライアントからのリクエストを受け付けるたびに、そのリクエストを処理するための子プロセスを生成する、というような利用例がある。親プロセスと子プロセスの関係は階層的であり、親が終了する前に子が終了することもあれば、その逆もある。この親子関係は、システムのリソース管理やプロセスのライフサイクルにおいて重要な意味を持つ。 子プロセスが生成されるメカニズムは、オペレーティングシステムによって異なるが、基本的な概念は共通している。Unix系OS（Linux、macOSなど）では、主に`fork()`システムコールと`exec()`システムコールを組み合わせて利用する。`fork()`が呼び出されると、親プロセスとほぼ同じ内容を持つ新しいプロセスが生成される。このとき、親プロセスのメモリ空間やオープンしているファイルディスクリプタなどが子プロセスにコピーされるか、あるいは共有される形で継承される。この段階では、親プロセスと子プロセスは同じプログラムコードを同じ位置から実行し始めるが、`fork()`の戻り値によってどちらが親か子かを判別できる。親プロセスには子プロセスのプロセスID（PID）が返され、子プロセスには0が返される。子プロセスは、通常、親プロセスとは異なる処理を実行するために、次に`exec()`システムコールを呼び出す。`exec()`は、現在のプロセス（この場合は子プロセス）のメモリ空間に新しいプログラムをロードし、そのプログラムの実行を開始する。これにより、子プロセスは親プロセスとは全く異なるプログラムを実行する独立したプロセスとなる。 一方、Windows系OSでは、`CreateProcess()`というAPI（Application Programming Interface）を用いて子プロセスを生成する。`CreateProcess()`は、新しいプロセスの実行ファイルを直接指定し、子プロセスのメモリ空間を親プロセスとは独立して新たに確保する。Unix系の`fork()`のように親プロセスのコピーとして開始するのではなく、最初から指定されたプログラムを実行する独立したプロセスとして生成される点が大きな違いである。`CreateProcess()`は、子プロセスに特定の環境変数や継承するハンドルなどを細かく指定できる柔軟性を持つ。 子プロセスが生成された後も、親プロセスとの関係性は継続する。親プロセスは、通常、自身が生成した子プロセスの終了を監視したり、その終了ステータスを取得したりする責任を持つ。Unix系OSでは、`wait()`や`waitpid()`といったシステムコールを用いて子プロセスの終了を待機する。もし親プロセスが子プロセスの終了を待機せずに自身の処理を終えてしまうと、終了した子プロセスは「ゾンビプロセス」と呼ばれる状態になる。ゾンビプロセスは、システムのリソース（特にプロセスID）を消費し続けるため、親プロセスは適切に子プロセスの終了を処理する必要がある。逆に、親プロセスが子プロセスよりも先に終了してしまった場合、子プロセスは「孤児プロセス」となる。孤児プロセスは、システムによって特別な扱いを受け、通常は`init`プロセス（または現代のLinuxシステムでは`systemd`）がその親プロセスを引き継ぎ、子プロセスの終了を監視する責任を持つ。 親プロセスと子プロセスは、多くの場合、互いに連携して動作する必要がある。この連携を実現する仕組みをプロセス間通信（IPC: Inter-Process Communication）と呼ぶ。IPCの一般的な方法としては、パイプ、ソケット、共有メモリ、メッセージキューなどがある。パイプは、親プロセスと子プロセスの間で単方向または双方向のデータストリームを提供する最も単純なIPCの一つであり、特に`fork()`によって生成された子プロセスとの間でよく用いられる。ソケットは、ネットワークを介した通信だけでなく、同一ホスト内のプロセス間通信にも利用できる汎用的な仕組みである。共有メモリは、複数のプロセスが同じメモリ領域を共有することで、高速なデータ交換を可能にする。 リソース管理の観点から見ると、子プロセスは親プロセスから独立した実行単位として、それぞれにCPU時間やメモリが割り当てられる。しかし、子プロセスが生成される際の環境変数やオープンファイルディスクリプタの継承など、親プロセスの実行環境の一部は子プロセスに引き継がれることがある。これにより、親プロセスが設定した環境を子プロセスが利用できるようになり、プログラムの連携が容易になる。同時に、子プロセスは独立したセキュリティコンテキストで実行されることが多く、これによりシステムの安定性やセキュリティが向上する。ある子プロセスで問題が発生しても、他の子プロセスや親プロセスに直接的な影響を与えにくい構造が保たれるためである。 子プロセスは、多様なシステムで利用されている。例えば、Webサーバーは、クライアントからのリクエストを受け付けるたびに新しい子プロセスを起動し、その子プロセスにリクエストの処理を行わせることで、複数のリクエストを同時に効率よく捌くことができる。また、Unix系のシェル（bashなど）では、ユーザーがコマンドを入力するたびに、そのコマンドを実行するための子プロセスが生成される。これにより、ユーザーは複数のコマンドを順次実行したり、バックグラウンドで処理を実行させたりすることが可能になる。このように、子プロセスはシステムの柔軟性、並行処理能力、安定性を高める上で不可欠な要素であり、システムエンジニアを目指す上でその理解は非常に重要となる。