Занятие 6.
Тема: Процессы.
Вид занятия: лекция, практическое занятие.
Учебные вопросы:
1. Процессы в Linux. Идентификаторы процессов. Демоны.
2. Команда ps.
3. Права доступа процессов. Реальный и эффективный
идентификаторы. Биты SUID и SGID.
4. Управление процессами. Сигналы.
5. Команды nice, nohup, kill, killall.
Время: 90 минут
Литература:
1. Робачевский А.М. Операционная система Unix. - СПб.:
БВХ - Санкт-Петербург, 1999. - 528 с., ил.
2. Системная справочная служба Linux Man
Ход занятия.
1. При рассмотрении предыдущих тем мы с вами часто уполтребляли определение “процесс”. Но что такое процесс?
Процесс - понятие совокупности программного кода и данных, загруженных в память ЭВМ. Процесс это не запущенная программа (приложение) или команда, так как приложение может создавать несколько процессов одновременно. Код процесса не обязательно должен выполняться в текущий момент времени, так как процесс может находиться в состоянии спящего. В этом случае выполение кода такого процесса приостановлено. Существует всего 3 состояния, в которых может нахзодиться процесс:
Работающий процесс - в данный момент код этого процесса
выполняется.
Спящий процесс - в данный момент код процесса не выполняется в
ожидании какого либо события (нажатия клавиши на
клавиатуре, поступление данных из сети и т.д.)
Процесс-зомби - сам процесс уже не существует, его код и данные
выгружены из оперативной памяти, но запись в
таблице процессов остается по тем или иным
причинам.
Каждому процессу в системе назначаются числовые идентификаторы (личные номера) в диапазоне от 1 до 65535 (PID - Process Identifier) и идентификаторы родительского процесса (PPID - Parent Process Identifier). PID является именем процесса, по которому мы можем адресовать процесс в операционной системе при использовании различных средств просмотра и управления процессами. PPID определяет родственные отношения между процессами, которые в значительной степени определяют его свойства и возможности. Другие параметры, которые необхоходимы для работы программы, называют “окружение процесса”. Одним из таких параметров - управляющий терминал - имеют далеко не все процессы. Процессы, не привязанные к какому-то конкретному терминалу называются “демонами” (daemons). Такие процессы, будучи запущенными пользователем, не завершают свою работу по окончании сеанса, а продолжают работать, т.к. Они не связаны никак с текущим сеансом и не могут быть автоматически завершены. Как правило, с помощью демонов реализуются серверные службы, так например сервер печати реализован процессом-демоном cupsd, а сервер журналирования - syslogd.
2. Для просмотра списка процессов в Linux существует команда ps.
ps [PID] options - просмотр списка процессов. Без параметров ps показывает все процессы, которы были запущены в течение текущей сессии, за исключением демонов. Options может принимать одно из следующих значений или их комбинации:
-A или -e - показать все процессы
-f - отсортировать по алфавиту
-w - показать полные строки описания процессов. Если они превосходят
длину экрана, то перенести описание на следующую строку.
Пример1:
[gserg@WEBMEDIA gserg]$ ps
PID TTY TIME CMD
3126 pts/2 00:00:00 bash
3158 pts/2 00:00:00 ps
[gserg@WEBMEDIA gserg]$_
Пример2:
[gserg@WEBMEDIA gserg]$ ps 3126
PID TTY STAT TIME COMMAND
3126 pts/2 S 0:00 /bin/bash
[gserg@WEBMEDIA gserg]$_
Пример3:
[gserg@WEBMEDIA gserg]$ ps -ef
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 1 0 0 10:01 ? 00:00:03 init [5]
root 2 1 0 10:01 ? 00:00:00 [keventd]
root 3 1 0 10:01 ? 00:00:00 [kapmd]
root 4 1 0 10:01 ? 00:00:00 [ksoftirqd_CPU0]
root 5 1 0 10:01 ? 00:00:24 [kswapd]
root 6 1 0 10:01 ? 00:00:00 [bdflush]
...
gserg 3126 3124 0 17:56 pts/2 00:00:00 /bin/bash
gserg 3160 3126 0 17:59 pts/2 00:00:00 ps -ef
[gserg@WEBMEDIA gserg]$_
Пример4:
[gserg@WEBMEDIA gserg]$ ps -efw
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
root 1 0 0 10:01 ? 00:00:03 init [5]
root 2 1 0 10:01 ? 00:00:00 [keventd]
root 3 1 0 10:01 ? 00:00:00 [kapmd]
root 4 1 0 10:01 ? 00:00:00 [ksoftirqd_CPU0]
root 5 1 0 10:01 ? 00:00:24 [kswapd]
root 6 1 0 10:01 ? 00:00:00 [bdflush]
root 7 1 0 10:01 ? 00:00:00 [kupdated]
root 8 1 0 10:01 ? 00:00:00 [mdrecoveryd]
root 12 1 0 10:01 ? 00:00:00 [kjournald]
root 115 1 0 10:01 ? 00:00:00 devfsd /dev
root 211 1 0 10:01 ? 00:00:00 [khubd]
root 334 1 0 10:01 ? 00:00:00 [kjournald]
root 594 1 0 10:01 ? 00:00:00 [eth0]
root 730 1 0 10:01 ? 00:00:00 /sbin/dhcpcd -h WEBMEDIA -Y -N eth0
root 772 1 0 10:02 ? 00:00:00 /sbin/dhcpcd -h WEBMEDIA -Y -N eth0
rpc 820 1 0 10:02 ? 00:00:00 portmap
root 836 1 0 10:02 ? 00:00:00 syslogd -m 0
root 844 1 0 10:02 ? 00:00:00 klogd -2
root 879 1 0 10:02 ? 00:00:00 gpm -t ps/2 -m /dev/psaux
xfs 1074 1 0 10:02 ? 00:00:07 xfs -port -1 -daemon -droppriv -user xfs
root 1130 1 0 10:02 ? 00:00:00 /usr/sbin/apmd -p 10 -w 5 -W -P /etc/sysconfig/apm-scripts/apmd_proxy
......
gserg 3122 2072 0 17:56 ? 00:00:00 xmms
gserg 3123 2072 1 17:56 ? 00:00:03 xmms
gserg 3124 1914 0 17:56 ? 00:00:02 kdeinit: konsole -icon konsole.png -miniicon konsole.png
gserg 3126 3124 0 17:56 pts/2 00:00:00 /bin/bash
gserg 3172 3126 0 18:01 pts/2 00:00:00 ps -efw
[gserg@WEBMEDIA gserg]$_
3. Процессы в ОС Linux обладают теми же правами, которыми обладает пользователь, от чьего имени был запущен процесс.
На самом деле операционная система воспринимает работающего в ней пользователя как набор запущенных от его имени процессов. Вед ь и сам сеанс пользователя открывается в командной оболочке (или оболочке Х) от имени пользователя. Поэтому когда мы говорим “права доступа пользователя к файлу” то подразумеваем “права доступа процессов, запущенных от имени пользователя к файлу”.
Для определения имени пользователя, запустившего процесс, операционная система использует реальные идентификаторы пользователя и группы, назначаемые процессу. Но эти идентификаторы не являются решающими при определении прав доступа. Для этого у каждого процесса существует другая группа идентификаторов - эффективные.
Как правило, реальные и эффективные идентификаторы процессов одинаковые, но есть и исключения. Например, для работы утилиты passwd необходимо использовать идентификатор сперпользователя, так как только суперпользователь имеет права на запись в файлы паролей. В этом случае эффективные идентификаторы процесса будут отличаться от реальных. Возникает резонный вопрос - как это было реализовано?
У каждого файла есть еще один набор прав доступа - биты SUID и SGID. Эти биты позволяют при запуске программы присвоить ей эффективные идентификаторы владельца и группы-владельца соответственно и выполнять процесс с правами доступа другого пользователя. Так как файл passwd принадлежит пользователю root и у него установлен бит SUID, то при запуске процесс passwd будет обладать правами пользователя root.
Устанавливаются биты SGID и SUID программой chmod:
chmod u+s filename - установка бита SUID
chmod u+s filename - установка бита SGID
Для установки этих битов в абсолютном режиме их стоить представить в виде трех бит: SUID, SGID, Sticky bit соответственно.
После выставления наобходимых прав добавьте в начало числа цифру для установки специальных бит:
Пример5:
[gserg@WEBMEDIA gserg]$chmod 7777 filename
[gserg@WEBMEDIA gserg]$ls filename
-rwsrwsrwt 1 gserg gserg 23811 Aug 29 11:00 filename
[gserg@WEBMEDIA gserg]$
4. Мы с вами рассмотрели понятие процесса, способы отображения процессов и права доступа. Но для комфортной работы в операционной системе этого, согласитесь, мало. Необходимо еще эффективно управлять процессами. Но для реализации управления мы сначала рассмотри строение таблицы процессов:
Родителем всех процессов в системе является процесс init. Его PID всегда 1, PPID - 0. Всю таблицу процессов можно представить себе в виде дерева, в котором корнем будет процесс init. Этот процесс хоть и не является частью ядра, но выполняет в сситеме очень важную роль, о которой мы с вами поговорим на 16-ом занятии.
Процессы, имена которых заключены в квадратные скобки, например “[keventd]” - это процессы ядра. Эти процессы управляют работой системы, а точнее такими ее частями, как менеджер памяти, планировщик времени процессора, менеджеры внешних устройств и так далее.
Остальные процессы являются пользовательскими, запущенными либо из командной строки, либо во время инициализации системы.
Жизнь каждого процесса представлена следующими фазами:
Создание процесса - на этом этапе создается полная копия того процесса, который создает новый. Например, вы запустили из интерпретатора на выполнение команду ls. Командный интерпретатор создает свою полную копию.
Загрузка кода процесса и подготовка к запуску - копия, созданная на первом этапе заменяется кодом задачи, которую необходимо выполнить и создается ее окружение - устанавливаются необходимые переменные и т.п.
Выполнение процесса
Состояние зомби - на этом этапе выполнение процесса закончилось, его код выгружается из памяти, окружение уничтожается, но запись в таблице процессов еще остается.
Умирание процесса - после всех завершающих стадий удаляется запись из таблицы процессов - процесс завершил свою работу.
Во время работы процесса, ядро контролирует его состояние, и в случае возникновения непредвиденной ситуации управляет процессом с помощью посылки ему сигнала. Процесс может воспользоваться действием по умолчанию, или, если у него есть обработчик сигнала, то он может перехватить или игнорировать сигнал. Сигналы SIGKILL и SIGSTOP невозможно не перехватить, не игнорировать.
По умолчанию возможны несколько действий:
игнорировать - продолжать работу, несмотря на то, что получен сигнал.
завершить - завершить работу процесса.
завершить + core - завершить работу процесса и создать файл в текущем каталоге с именем core, содержащий образ памяти процесса (код и данные).
остановить - приостановить выполнение процесса, но не завершать его работу и не выгружать код из памяти.
Вот список всех сигналов, существующих в системе:
|
Название |
Действие по умолчанию |
Значение |
|
SIGABRT |
Завершить + core |
Сигнал отправляется, если процесс вызывает системный вызов abort() |
|
SIGALRM |
Завершить |
Сигнал отправляется, когда срабатывает таймер, ранее установленный. |
|
SIGBUS |
Завершить + core |
Сигнал свидетельствует о некоторой аппаратной ошибке. Обычно этот сигнал отправляется при обращении к недопустимому виртуальному адресу, для которого отсутствует соответствующая физическая страница. |
|
SIGCHLD |
Игнорировать |
Сигнал, посылаемый родительскому процессу при завершении его потомка. |
|
SIGSEGV |
Завершить + core |
Сигнал свидетельствует об обращении процесса к недопустимому адресу или области памяти, для которой у процесса недостаточно привилегий доступа. |
|
SIGFPE |
Завершить + core |
Сигнал свидетельствует о возникновении особых ситуаций, таких как деление на 0 или переполнение операции с плавающей точкой. |
|
SIGHUP |
Завершить |
Сигнал посылается лидеру сеанса, связанному с управляющим терминалом, что терминал отсоединился (потеря линии). Сигнал также посылается всем процессам текущей группы при завершении выполнения лидера. Этот сигнал иногда используют в качестве простейшего средства межпроцессного взаимодействия. В частности, он применяется для сообщения демонам о необходимости обновить конфигурационную информацию. Причина выбора именно сигнала SIGHUP заключается в том, что демон по определению не имеет управляющего терминала и, соответственно, обычно не получает этого сигнала. |
|
SIGILL |
Завершить + core |
Сигнал посылается ядром, если процесс попытается выполнить недопустимую инструкцию. |
|
SIGINT |
Завершить |
Сигнал посылается ядром всем процессам при нажатии клавиши прерывания (<CTRL>+<C>) |
|
SIGKILL |
Завершить |
Сигнал, при получении которого выполнение процесса прекращается. Этот сигнал нельзя не перехватить, не проигнорировать. |
|
SIGPIPE |
Завершить |
Сигнал посылается при попытке записи в сокет, получатель данных которого завершил выполнение или закрыл файловый указатель на сокет. |
|
SIGPOLL |
Завершить |
Сигнал отправляется при наступлении определенного события для устройства, которое является опрашиваемым (например, получен пакет по сети) |
|
SIGPWR |
Игнорировать |
Сигнал генерируется при угрозе потери питания. Обычно он отправляется, когда питание системы переключается на источник бесперебойного питания (UPS). |
|
SIGQUIT |
Завершить |
Сигнал посылается всем процессам текущей группы при нажатии клавиш <CTRL>+<\>. |
|
SIGSTOP |
Остановить |
Сигнал отправляется всем процессам текущей группы при нажатии пользователем клавиш <CTRL>+<Z>. Получение сигнала вызывает останов выполнения процесса. |
|
SIGSYS |
Завершить + core |
Сигнал отправляется ядром при попытке осуществления процессом недопустимого системного вызова. |
|
SIGTERM |
Завершить |
Сигнал обычно представляет своего рода предупреждение, что процесс вскоре будет уничтожен. Этот сигнал позволяет процессу соответствующим образом “подготовиться к смерти” - удалить временные файлы, завершить необходимые транзакции и т.д. Команда kill по умолчанию отправляет именно этот сигнал. |
|
SIGTTIN |
Остановить |
Сигнал генерируется ядром (драйвером управляющего терминала) при попытке процесса фоновой группы осуществить чтение с управляющего терминала. |
|
SIGTTOU |
Остановить |
Сигнал генерируется ядром (драйвером терминала) при попытке процесса фоновой группы осуществить запись на управляющий терминал. |
|
SIGUSR1 |
Завершить |
Сигнал предназначен для прикладных задач как простейшее средство межпроцессного взаимодействия. |
|
SIGUSR2 |
Завершить |
Сигнал предназначен для прикладных задач как простейшее средство межпроцессного взаимодействия. |
Немаловажную роль в жизни процессов играет также планировщик - это часть ядра, ответственная за многозадачность системы. Ведь в единицу времени на одном процессоре может выполняться только одна задача. Именно планировщик определяет, какой из запущенных процессов первым будет выполняться, какой вторым. Для этого у каждого процесса существует еще один параметр, называемый приоритетом. Для того, чтобы посмотреть приоритет процессов, нам необходимо использовать уже знакомую команду ps с параметром -l (long - расширенный вывод):
[gserg@WebMedia gserg]$ ps -l
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
0 S 500 1554 1553 0 75 0 - 1135 wait4 pts/1 00:00:00 bash
0 R 500 1648 1554 0 81 0 - 794 - pts/1 00:00:00 ps
[gserg@WebMedia gserg]$
Во время своей работы, планировщик в первую очередь ставит на выполнение задачи с меньшим приоритетом. Так, приоритетом 0, обладают только критические системный задачи, а отрицательным приоритетом - процессы ядра. Задачам с большим приоритетом достается меньше процессорного времени и потому, работают они как правило, медленнее, и потребляют намного меньше системных ресурсов.
5. Остается только решить вопрос, а может ли пользователь управлять процессами и системными параметрами? Конечно может! Для этого в Linux есть набор инструментов, позволяющих изменять приоритет процесса, посылать процессам сигналы. О них мы с вами сейчас и поговорим.
nice -n command - позволяет изменять приоритет, с которым будет выполняться процесс после запуска. Без указания команды command выдает текущий приоритет работы. n по умолчанию равен 10. Диапазон приоритетов расположен от -20 (наивысший приоритет) до 19 (наименьший).
[gserg@WebMedia gserg]$ less .bashrc &
[1] 3070
[gserg@WebMedia gserg]$ ps -efl | grep less
0 T gserg 3070 3018 0 80 0 - 1004 finish 17:56 pts/3 00:00:00 less .bashrc
0 S gserg 3072 3018 0 80 0 - 949 pipe_w 17:57 pts/3 00:00:00 grep less
[gserg@WebMedia gserg]$ nice -n 20 less .bashrc &
[1] 3081
[gserg@WebMedia gserg]$ ps -efl | grep less
0 T gserg 3081 3018 0 99 19 - 1003 finish 18:01 pts/3 00:00:00 less .bashrc
0 S gserg 3083 3018 0 81 0 - 950 pipe_w 18:01 pts/3 00:00:00 grep less
[gserg@WebMedia gserg]$
Сравнивая цифры приоритета, заметим, что команда less в первом случае выполнялась с приоритетом 80, а во втором - 99. Таким образом, команда nice сделала свое дело - понизила приоритет задачи.
nohup command - позволяет процессу продолжить выполнение даже при потере управляющего терминала (SIGHUP). Эту команду выгодно использовать когда необходимо выполнить команду продолжительного действия. Вы запускаете команду и закрываете терминальный сеанс, а она при этом продолжает выполняться.
kill -SINAL pid - посылает сигнал процессу с идентификатором pid. Если сигнал не указан, команда посылает процессу сигнал SIGTERM.
[gserg@WebMedia gserg]$ less &
[1] 1352
[gserg@WebMedia gserg]$ ps
PID TTY TIME CMD
1322 pts/2 00:00:00 bash
1352 pts/2 00:00:00 less
1353 pts/2 00:00:00 ps
[gserg@WebMedia gserg]$ kill -SIGKILL 1352
[gserg@WebMedia gserg]$ ps
PID TTY TIME CMD
1322 pts/2 00:00:00 bash
1355 pts/2 00:00:00 ps
[1]+ Killed less
[gserg@WebMedia gserg]$_
killall -s SIGNAL процесс - посылает сигнал всем процессам с именем процесс. Если сигнал не указан, посылает SIGTERM.
Сигнал для этой команды необходимо указывать без приставки SIG. Для получения соответствия цифрового вида и имени сигнала используется опция -l команды killall.
[gserg@WebMedia gserg]$ less ./.bashrc&
[1] 1374
[gserg@WebMedia gserg]$ less ./.bashrc&
[2] 1375
[1]+ Stopped less ./.bashrc
[gserg@WebMedia gserg]$ less ./.bashrc&
[3] 1376
[2]+ Stopped less ./.bashrc
[gserg@WebMedia gserg]$ ps
PID TTY TIME CMD
1322 pts/2 00:00:00 bash
1374 pts/2 00:00:00 less
1375 pts/2 00:00:00 less
1376 pts/2 00:00:00 less
1377 pts/2 00:00:00 ps
[3]+ Stopped less ./.bashrc
[gserg@WebMedia gserg]$ killall -s KILL less
[1] Killed less ./.bashrc
[2]- Killed less ./.bashrc
[3]+ Killed less ./.bashrc
[gserg@WebMedia gserg]$