Что такое fork linux
Для порождения процессов в ОС Linux существует два способа. Один из них позволяет полностью заменить другой процесс, без замены среды выполнения. Другим способом можно создать новый процесс с помощью системного вызова fork() . Синтаксис вызова следующий:
pid_t является примитивным типом данных, который определяет идентификатор процесса или группы процессов. При вызове fork() порождается новый процесс (процесс-потомок), который почти идентичен порождающему процессу-родителю. Процесс-потомок наследует следующие признаки родителя:
- сегменты кода, данных и стека программы;
- таблицу файлов, в которой находятся состояния флагов дескрипторов файла, указывающие, читается ли файл или пишется. Кроме того, в таблице файлов содержится текущая позиция указателя записи-чтения;
- рабочий и корневой каталоги;
- реальный и эффективный номер пользователя и номер группы;
- приоритеты процесса (администратор может изменить их через nice );
- контрольный терминал;
- маску сигналов;
- ограничения по ресурсам;
- сведения о среде выполнения;
- разделяемые сегменты памяти.
Потомок не наследует от родителя следующих признаков:
- идентификатора процесса (PID, PPID);
- израсходованного времени ЦП (оно обнуляется);
- сигналов процесса-родителя, требующих ответа;
- блокированных файлов (record locking).
При вызове fork() возникают два полностью идентичных процесса. Весь код после fork() выполняется дважды, как в процессе-потомке, так и в процессе-родителе.
Процесс-потомок и процесс-родитель получают разные коды возврата после вызова fork() . Процесс-родитель получает идентификатор (PID) потомка. Если это значение будет отрицательным, следовательно при порождении процесса произошла ошибка. Процесс-потомок получает в качестве кода возврата значение 0, если вызов fork() оказался успешным.
Таким образом, можно проверить, был ли создан новый процесс:
Пример порождения процесса через fork() приведен ниже:
Когда потомок вызывает exit() , код возврата передается родителю, который ожидает его, вызывая wait() . WEXITSTATUS() представляет собой макрос, который получает фактический код возврата потомка из вызова wait() .
Функция wait() ждет завершения первого из всех возможных потомков родительского процесса. Иногда необходимо точно определить, какой из потомков должен завершиться. Для этого используется вызов waitpid() с соответствующим PID потомка в качестве аргумента. Еще один момент, на который следует обратить внимание при анализе примера, это то, что и родитель, и потомок используют переменную rv . Это не означает, что переменная разделена между процессами. Каждый процесс содержит собственные копии всех переменных.
Рассмотрим следующий пример:
В этом случае будет создано семь процессов-потомков. Первый вызов fork() создает первого потомка. Как указано выше, процесс наследует положение указателя команд от родительского процесса. Указатель команд содержит адрес следующего оператора программы. Это значит, что после первого вызова fork() указатель команд и родителя, и потомка находится перед вторым вызовом fork() .После второго вызова fork() и родитель, и первый потомок производят потомков второго поколения — в результате образуется четыре процесса. После третьего вызова fork() каждый процесс производит своего потомка, увеличивая общее число процессов до восьми.
Так называемые процессы-зомби возникают, если потомок завершился, а родительский процесс не вызвал wait() . Для завершения процессов используют либо оператор возврата, либо вызов функции exit() со значением, которое нужно возвратить операционной системе. Операционная система оставляет процесс зарегистрированным в своей внутренней таблице данных, пока родительский процесс не получит кода возврата потомка, либо не закончится сам. В случае процесса-зомби его код возврата не передается родителю, и запись об этом процессе не удаляется из таблицы процессов операционной системы. При дальнейшей работе и появлении новых зомби таблица процессов может быть заполнена, что приведет к невозможности создания новых процессов.
Источник
Управление процессами в Linux
Материал этой статьи ни в коем случае не претендует на свою избыточность. Более подробно о процессах вы можете прочитать в книгах, посвященных программированию под UNIX.
Процессы. Системные вызовы fork() и exec(). Нити.
Процесс в Linux (как и в UNIX) — это программа, которая выполняется в отдельном виртуальном адресном пространстве. Когда пользователь регистрируется в системе, автоматически создается процесс, в котором выполняется оболочка (shell), например, /bin/bash.
В Linux поддерживается классическая схема мультипрограммирования. Linux поддерживает параллельное (или квазипараллельного 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 (или записать в нее) другого процесса 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). Нить — это процесс, который выполняется в виртуальной памяти, используемой вместе с другими нитями процесса, который обладает отдельной виртуальной памятью.
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. Запущенная программа тоже может создать процесс, т.е. запустить какую-то программу и ее выполнение тоже начнется с функции main.
Для создания процессов используются два системных вызова: fork() и exec. fork() создает новое адресное пространство, которое полностью идентично адресному пространству основного процесса. После выполнения этого системного вызова мы получаем 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 мы уже создали процесс, мы можем запустить программу с помощью вызова exec. Параметрами функции exec является 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 этот фрагмент программы
if (fork()==0) wait(0);
else execl(«ls», «ls», 0); /* порожденный процесс */
Теперь рассмотрим более подробно, что же делается при выполнении вызова fork():
- Выделяется память для описателя нового процесса в таблице процессов
- Назначается идентификатор процесса PID
- Создается логическая копия процесса, который выполняет fork() — полное копирование содержимого виртуальной памяти родительского процесса, копирование составляющих ядерного статического и динамического контекстов процесса-предка
- Увеличиваются счетчики открытия файлов (порожденный процесс наследует все открытые файлы родительского процесса).
- Возвращается PID в точку возврата из системного вызова в родительском процессе и 0 — в процессе-потомке.
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 exec. 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 — 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:
- окончание порожденного процесса (например, из-за системного вызова exit (см. ниже))
- возникновение исключительной ситуации
- сигналы, поступающие от пользователя при нажатии определенных клавиш.
Установить реакцию на поступление сигнала можно с помощью системного вызова signal
func = signal(snum, function);
snum — номер сигнала, а 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.
kill(pid, snum);
где pid — идентификатор процесса, а snum — номер сигнала, который будет передан процессу. Обычно kill используется для того, чтобы принудительно завершить («убить») процесс.
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, ядро передаст сигнал всем процессам, идентификатор пользователя которых равен идентификатору текущего выполнения процесса, который посылает сигнал.
Таблица 1. Номера сигналов
| Номер | Название | Описание |
| 01 | SIGHUP | Освобождение линии (hangup). |
| 02 | SIGINT | Прерывание (interrupt). |
| 03 | SIGQUIT | Выход (quit). |
| 04 | SIGILL | Некорректная команда (illegal instruction). Не переустанавливается при перехвате. |
| 05 | SIGTRAP | Трассировочное прерывание (trace trap). Не переустанавливается при перехвате. |
| 06 | SIGIOT или SIGABRT | Машинная команда IOT. |
| 07 | SIGEMT | Машинная команда EMT. |
| 08 | SIGFPE | Исключительная ситуация при выполнении операции с вещественными числами (floating-point exception) |
| 09 | SIGKILL | Уничтожение процесса (kill). Не перехватывается и не игнорируется. |
| 10 | SIGBUS | Ошибка шины (bus error). |
| 11 | SIGSEGV | Некорректное обращение к сегменту памяти (segmentation violation). |
| 12 | SIGSYS | Некорректный параметр системного вызова (bad argument to system call). |
| 13 | SIGPIPE | Запись в канал, из которого некому читать (write on a pipe with no one to read it). |
| 14 | SIGALRM | Будильник |
| 15 | SIGTERM | Программный сигнал завершения |
| 16 | SIGUSR1 | Определяемый пользователем сигнал 1 |
| 17 | SIGUSR2 | Определяемый пользователем сигнал 2 |
| 18 | SIGCLD | Завершение порожденного процесса (death of a child). |
| 19 | SIGPWR | Ошибка питания |
| 22 | Регистрация выборочного события |
Сигналы (точнее их номера) описаны в файле singnal.h
Для нормального завершение процесса используется вызов
exit(status);
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 C) оператор return 0 будет воспринят как системный вызов exit(0);
Перенаправление ввода/вывода
Практически все операционные системы обладают механизмом перенаправления ввода/вывода. Linux не является исключением из этого правила. Обычно программы вводят текстовые данные с консоли (терминала) и выводят данные на консоль. При вводе под консолью подразумевается клавиатура, а при выводе — дисплей терминала. Клавиатура и дисплей — это, соответственно, стандартный ввод и вывод (stdin и stdout). Любой ввод/вывод можно интерпретировать как ввод из некоторого файла и вывод в файл. Работа с файлами производится через их дескрипторы. Для организации ввода/вывода в UNIX используются три файла: stdin (дескриптор 1), stdout (2) и stderr(3).
Символ > используется для перенаправления стандартного вывода в файл.
Пример:
$ cat > newfile.txt Стандартный ввод команды cat будет перенаправлен в файл newfile.txt, который будет создан после выполнения этой команды. Если файл с этим именем уже существует, то он будет перезаписан. Нажатие Ctrl + D остановит перенаправление и прерывает выполнение команды cat.
Символ < используется для переназначения стандартного ввода команды. Например, при выполнении команды cat > используется для присоединения данных в конец файла (append) стандартного вывода команды. Например, в отличие от случая с символом >, выполнение команды cat >> newfile.txt не перезапишет файл в случае его существования, а добавит данные в его конец.
Символ | используется для перенаправления стандартного вывода одной программы на стандартный ввод другой. Напрмер, ps -ax | grep httpd.
Команды для управления процессами
Предназначена для вывода информации о выполняемых процессах. Данная команда имеет много параметров, о которых вы можете прочитать в руководстве (man ps). Здесь я опишу лишь наиболее часто используемые мной:
| Параметр | Описание |
| -a | отобразить все процессы, связанных с терминалом (отображаются процессы всех пользователей) |
| -e | отобразить все процессы |
| -t список терминалов | отобразить процессы, связанные с терминалами |
| -u идентификаторы пользователей | отобразить процессы, связанные с данными идентификаторыми |
| -g идентификаторы групп | отобразить процессы, связанные с данными идентификаторыми групп |
| -x | отобразить все процессы, не связанные с терминалом |
Например, после ввода команды ps -a вы увидите примерно следующее:
Для вывода информации о конкретном процессе мы можем воспользоваться командой:
В приведенном выше примере используется перенаправление ввода вывода между программами ps и grep, и как результат получаем информацию обо всех процессах содержащих в строке запуска «httpd». Данную команду (ps -ax | grep httpd) я написал только лишь в демонстрационных целях — гораздо проще использовать параметр -С программы ps вместо перенаправления ввода вывода и параметр -e вместо -ax.
Предназначена для вывода информации о процессах в реальном времени. Процессы сортируются по максимальному занимаемому процессорному времени, но вы можете изменить порядок сортировки (см. man top). Программа также сообщает о свободных системных ресурсах.
Просмотреть информацию об оперативной памяти вы можете с помощью команды free, а о дисковой — df. Информация о зарегистрированных в системе пользователей доступна по команде w.
Изменение приоритета процесса — команда nice
nice [-коэффициент понижения] команда [аргумент]
Команда nice выполняет указанную команду с пониженным приоритетом, коэффициент понижения указывается в диапазоне 1..19 (по умолчанию он равен 10). Суперпользователь может повышать приоритет команды, для этого нужно указать отрицательный коэффициент, например —10. Если указать коэффициент больше 19, то он будет рассматриваться как 19.
nohup — игнорирование сигналов прерывания
nohup команда [аргумент]
nohup выполняет запуск команды в режиме игнорирования сигналов. Не игнорируются только сигналы SIGHUP и SIGQUIT.
kill — принудительное завершение процесса
kill [-номер сигнала] PID
где PID — идентификатор процесса, который можно узнать с помощью команды ps.
Команды выполнения процессов в фоновом режиме — jobs, fg, bg
Команда jobs выводит список процессов, которые выполняются в фоновом режиме, fg — переводит процесс в нормальные режим («на передний план» — foreground), а bg — в фоновый. Запустить программу в фоновом режиме можно с помощью конструкции &
Источник
