Главная » 2013 » Декабрь » 12 » 5.1. Системные вызовы fork() и ехес()
01:49
5.1. Системные вызовы fork() и ехес()

Процесс в Linux (как и в UNIX) – это программа, которая выполняется в отдельном виртуальном адресном пространстве. Когда пользователь регистрируется в системе, под него автоматически создается процесс, в котором выполняется оболочка (shell), например, /bin/bash.

В Linux поддерживается классическая схема мультипрограммирования. При этом Linux поддерживает параллельное (или квазипараллельное при наличии только одного процессора) выполнение процессов пользователя. Каждый процесс выполняется в собственном виртуальном адресном пространстве, т. е. процессы защищены друг от друга и крах одного процесса никак не повлияет на другие выполняющиеся процессы и на всю систему в целом. Один процесс не может прочитать что‑либо из памяти другого процесса (или записать в нее) без «разрешения» на то другого процесса. Санкционированные взаимодействия между процессами допускаются системой.

Ядро предоставляет системные вызовы для создания новых процессов и для управления порожденными процессами. Любая программа может начать выполняться, только если другой процесс ее запустит или произойдет какое‑то прерывание (например, прерывание внешнего устройства).

В связи с развитием SMP (Symmetric Multiprocessor Architectures) в ядро Linux был внедрен механизм нитей или потоков управления (threads). Нитями также называют «легковесные» процессы. Другими словами, Нить – это процесс, выполняемый в виртуальной памяти, которая используется вместе с другими нитями одного и того же «тяжеловесного» процесса. Такой «тяжеловесный процесс» обладает отдельной виртуальной памятью и может иметь несколько «легковесных» процессов.

Потоки (или нити) позволяют решать в рамках одной программы одновременно несколько задач.

Операционная система предоставляет программе некоторый интервал процессорного времени. Когда программа переходит в режим ожидания какого‑либо события (например, сигнала) или освобождает процессор, операционная система передает управление другой программе. Распределяя время центрального процессора, операционная система распределяет его не между программами, а между потоками. Исходя из всего этого, потоки – это наборы команд, имеющие возможность получать время процессора. Время процессора выделяется квантами. Квант – это минимальное время, на протяжении которого поток (нить) может использовать процессор.

Когда вы вводите команду, интерпретатор производит поиск указанной программы в каталогах, которые перечислены при определении переменной окружения PATH. При этом будет выполнена первая найденная программа с указанным именем.

Если интерпретатору (shell) встречается команда, соответствующая выполняемому файлу, интерпретатор выполняет ее, начиная с точки входа (entry point). Для С‑программ entry point – это функция main. Точка входа для каждой среды разработки различна. Запущенная программа тоже может создать процесс, т. е. запустить какую‑то программу и ее выполнение тоже начнется с функции main. Затем с помощью системного вызова fork() создается адресное пространство – подготавливается «место» для нового процесса, а потом с помощью вызова ехес() в это адресное пространство загружается программа. Таким образом, каждый новый процесс выполняется в своей индивидуальной среде.

Для создания процессов используется системный вызов: fork(). Вызов fork() создает новое адресное пространство, которое полностью идентично адресному пространству основного процесса. Другими словами, вызов fork() создает новый процесс. После выполнения этого системного вызова вы получаете два абсолютно одинаковых процесса – основной и порожденный. Функция fork() возвращает 0 в порожденном процессе и PID (Process ID – идентификатор порожденного процесса) – в основном. PID – это целое число.

Теперь, когда процесс создан, можно запустить в нем программу с помощью вызова exec. Параметрами функции exec являются имя выполняемого файла и, если нужно, параметры, которые будут переданы этой программе. В адресное пространство порожденного с помощью fork() процесса будет загружена новая программа и ее выполнение начнется с точки входа (адрес функции main).

В качестве примера рассмотрим следующий фрагмент программы:

Теперь рассмотрим более подробно, что же делается при выполнении вызова fork():

1. Выделяется память для описателя нового процесса в таблице процессов.

2. Назначается идентификатор процесса PID.

3. Создается логическая копия процесса, который выполняет fork() – полное копирование содержимого виртуальной памяти родительского процесса, копирование составляющих ядерного статического и динамического контекстов процесса‑предка.

4. Увеличиваются счетчики открытия файлов (порожденный процесс наследует все открытые файлы родительского процесса).

5. Возвращается PID в точку возврата из системного вызова в родительском процессе и 0 – в процессе‑потомке.

5.1.1. Общая схема управления процессами

Каждый процесс может порождать полностью идентичный процесс с помощью fork(). Родительский процесс может дожидаться окончания выполнения всех своих процессов‑потомков с помощью системного вызова wait. В любой момент времени процесс может изменить содержимое своего образа памяти, используя одну из разновидностей вызова ехес(). Каждый процесс реагирует на сигналы и, естественно, может установить собственную реакцию на сигналы, производимые операционной системой. Приоритет процесса может быть изменен с помощью системного вызова nice.

Сигнал – это способ информирования процесса ядром о происшествии какого‑то события. Если возникает несколько однотипных событий, процессу будет подан только один сигнал. Сигнал означает, что произошло событие, но ядро не сообщает, сколько таких событий произошло.

Примеры сигналов:

1. Окончание порожденного процесса (например, из‑за системного вызова exit (см. ниже)).

2. Возникновение исключительной ситуации.

3. Сигналы, поступающие от пользователя, при нажатии определенных клавиш.

Установить реакцию на поступление сигнала можно с помощью системного вызова signal:

Func = signal(snum, function);

Где: snum – номер сигнала;

Function – адрес функции, которая должна быть выполнена при поступлении указанного сигнала.

Возвращаемое значение – адрес функции, которая будет реагировать на поступление сигнала. Вместо function можно указать ноль или единицу. Если был указан ноль, то при поступлении сигнала snum выполнение процесса будет прервано аналогично вызову exit. Если указать единицу, данный сигнал будет проигнорирован, но это возможно не для всех процессов.

С помощью системного вызова kill можно сгенерировать сигналы и передать их другим процессам. Обычно kill используется для того, чтобы принудительно завершить («убить») процесс:

Где: pid – идентификатор процесса;

Snum – номер сигнала, который будет передан процессу (см. табл. 5.1).

Pid состоит из идентификатора группы процессов и идентификатора процесса в группе. Если вместо pid указать нуль, то сигнал snum будет направлен всем процессам, относящимся к данной группе (понятие группы процессов аналогично группе пользователей). В одну группу включаются процессы, имеющие общего предка. Идентификатор группы процесса можно изменить с помощью системного вызова setpgrp. Если вместо pid указать –1, то ядро передаст сигнал всем процессам, идентификатор пользователя которых равен идентификатору текущего выполнения процесса, посылающего сигнал. Номера сигналов приведены в табл. 5.1. Сигналы (точнее, их номера) описаны в файле signal. h.

Номера сигналов Таблица 5.1

Номер

Название

Описание

01

SIGHUP

Освобождение линии (hangup)

02

SIGINT

Прерывание (interrupt)

03

SIGQUIT

Выход (quit)

04

SIGILL

Некорректная команда (illegal instruction). He переустанавливается при перехвате

05

SIGTRAP

Трассировочное прерывание (trace trap). He переустанавливается при перехвате

06

SIGIOT или SIGABRT

Машинная команда IOT. Останов ввода/вывода

07

SIGBUS

Ошибка на шине

08

SIGFPE

Исключительная ситуация при выполнении операции с вещественными числами (floating‑point exception)

09

SIGKILL

Уничтожение процесса (kill). He перехватывается и не игнорируется

10

SIGUSR1

Определяемый пользователем сигнал 1

11

SIGSEGV

Некорректное обращение к сегменту памяти (segmentation violation)

12

SIGUSR2

Определяемый пользователем сигнал 2

13

SIGPIPE

Запись в канал, из которого некому читать. Обрыв потока

14

SIGALRM

Будильник

15

SIGTERM

Программный сигнал завершения

16

SIGSTKFLT

Сбой стека

17

SIGCHLD (или SIGCLD)

Изменение статуса дочернего процесса

18

SIGCONT

Продолжение работы после сигнала STOP. He перехватывается и не игнорируется

19

SIGSTOP

Сигнал СТОП. Не перехватывается и не игнорируется

20

SIGTSTP

Сигнал останова клавиатуры

21

SIGTTIN

Фоновое чтение из терминала (tty)

22

SIGTTOU

Фоновая запись на терминал (tty)

23

SIGURG

Критическое состояние сокета

24

SIGXCPU

Превышенный предел процессорного времени

25

SIGXFSZ

Превышенный предел размера файла

26

SIGVTALRM

Сигнал виртуального будильника

27

SIGPROF

Сигнал профилирующего будильника

28

SIGWINCH

Изменение размера окна

29

SIGIO

Разрешение ввода/вывода

30

SIGPWR

Сбой питания

31

SIGSYS

Некорректный параметр системного вызова

Для нормального завершения процесса используется вызов:

Где status – это целое число, возвращаемое процессу‑предку для его информирования о причинах завершения процесса‑потомка.

Вызов exit может задаваться в любой точке программы, но может быть и неявным, например, при выходе из функции main (при программировании на С) оператор return 0 будет воспринят как системный вызов exit(0).

Категория: Процессы | Просмотров: 384 | Добавил: spb_serge | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *: