Что такое процесс линукс

Процессы в Linux

Данной теме посвящено много статей, но в Сети мало сугубо практических статей. О какой именно практике идет речь, вы узнаете прочитав эту статью. Правда, одной только практикой нам не обойтись — вдруг вы не читали всю эту серую массу теории, которую можно найти в Сети.

Термин «процесс» впервые появился при разработке операционной системы Multix и имеет несколько определений, которые используются в зависимости от контекста. Процесс — это:

1. программа на стадии выполнения
2. «объект», которому выделено процессорное время
3. асинхронная работа

Для описания состояний процессов используется несколько моделей. Самая простая модель — это модель трех состояний. Модель состоит из:

1. состояния выполнения
2. состояния ожидания
3. состояния готовности

Выполнение — это активное состояние, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ему ресурсами. В этом состоянии процесс непосредственно выполняется процессором.

Ожидание — это пассивное состояние, во время которого процесс заблокирован, он не может быть выполнен, потому что ожидает какое-то событие, например, ввода данных или освобождения нужного ему устройства.

Готовность — это тоже пассивное состояние, процесс тоже заблокирован, но в отличие от состояния ожидания, он заблокирован не по внутренним причинам (ведь ожидание ввода данных — это внутренняя, «личная» проблема процесса — он может ведь и не ожидать ввода данных и свободно выполняться — никто ему не мешает), а по внешним, независящим от процесса, причинам. Когда процесс может перейти в состояние готовности? Предположим, что наш процесс выполнялся до ввода данных. До этого момента он был в состоянии выполнения, потом перешел в состояние ожидания — ему нужно подождать, пока мы введем нужную для работы процесса информацию. Затем процесс хотел уже перейти в состояние выполнения, так как все необходимые ему данные уже введены, но не тут-то было: так как он не единственный процесс в системе, пока он был в состоянии ожидания, его «место под солнцем» занято — процессор выполняет другой процесс. Тогда нашему процессу ничего не остается как перейти в состояние готовности: ждать ему нечего, а выполняться он тоже не может.

Из состояния готовности процесс может перейти только в состояние выполнения. В состоянии выполнения может находится только один процесс на один процессор. Если у вас n-процессорная машина, у вас одновременно в состоянии выполнения могут быть n процессов.

Из состояния выполнения процесс может перейти либо в состояние ожидания или состояние готовности. Почему процесс может оказаться в состоянии ожидания, мы уже знаем — ему просто нужны дополнительные данные или он ожидает освобождения какого-нибудь ресурса, например, устройства или файла. В состояние готовности процесс может перейти, если во время его выполнения, квант времени выполнения «вышел». Другими словами, в операционной системе есть специальная программа — планировщик, которая следит за тем, чтобы все процессы выполнялись отведенное им время. Например, у нас есть три процесса. Один из них находится в состоянии выполнения. Два других — в состоянии готовности. Планировщик следит за временем выполнения первого процесса, если «время вышло», планировщик переводит процесс 1 в состояние готовности, а процесс 2 — в состояние выполнения. Затем, когда, время отведенное, на выполнение процесса 2, закончится, процесс 2 перейдет в состояние готовности, а процесс 3 — в состояние выполнения.

Диаграмма модели трех состояний представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Модель трех состояний

Более сложная модель — это модель, состоящая из пяти состояний. В этой модели появилось два дополнительных состояния: рождение процесса и смерть процесса. Рождение процесса — это пассивное состояние, когда самого процесса еще нет, но уже готова структура для появления процесса. Как говорится в афоризме: «Мало найти хорошее место, надо его еще застолбить», так вот во время рождения как раз и происходит «застолбление» этого места. Смерть процесса — самого процесса уже нет, но может случиться, что его «место», то есть структура, осталась в списке процессов. Такие процессы называются зобми и о них мы еще поговорим в этой статье.

Диаграмма модели пяти состояний представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Модель пяти состояний

Над процессами можно производить следующие операции:

1. Создание процесса — это переход из состояния рождения в состояние готовности
2. Уничтожение процесса — это переход из состояния выполнения в состояние смерти
3. Восстановление процесса — переход из состояния готовности в состояние выполнения
4. Изменение приоритета процесса — переход из выполнения в готовность
5. Блокирование процесса — переход в состояние ожидания из состояния выполнения
6. Пробуждение процесса — переход из состояния ожидания в состояние готовности
7. Запуск процесса (или его выбор) — переход из состояния готовности в состояние выполнения

Для создания процесса операционной системе нужно:

1. Присвоить процессу имя
2. Добавить информацию о процессе в список процессов
3. Определить приоритет процесса
4. Сформировать блок управления процессом
5. Предоставить процессу нужные ему ресурсы

Подробнее о списке процессов, приоритете и обо всем остальном мы еще поговорим, а сейчас нужно сказать пару слов об иерархии процессов. Процесс не может взяться из ниоткуда: его обязательно должен запустить какой-то процесс. Процесс, запущенный другим процессом, называется дочерним (child) процессом или потомком. Процесс, который запустил процесс называется родительским (parent), родителем или просто — предком. У каждого процесса есть два атрибута — PID (Process ID) — идентификатор процесса и PPID (Parent Process ID) — идентификатор родительского процесса.

Процессы создают иерархию в виде дерева. Самым «главным» предком, то есть процессом, стоящим на вершине этого дерева, является процесс init (PID=1).

На мой взгляд, приведенной теории вполне достаточно, чтобы перейти к практике, а именно — «пощупать» все состояния процессов. Конечно, мы не рассмотрели системные вызовы fork(), exec(), exit(), kill() и многие другие, но в Сети предостаточно информации об этом. Тем более, что про эти вызовы вы можете прочитать в справочной системе Linux, введя команду man fork. Правда, там написано на всеми любимом English, так что за переводом (если он вам нужен) все-таки придется обратиться за помощью к WWW.

Для наблюдения за процессами мы будем использовать программу top.

Полный вывод программы я по понятным причинам урезал. Рассмотрим по порядку весь вывод программы. В первой строке программа сообщает текущее время, время работы системы ( 58 min), количество зарегистрированных (login) пользователей (4 users), общая средняя загрузка системы (load average).

Примечание. Общей средней загрузкой системы называется среднее число процессов, находящихся в состоянии выполнения (R) или в состоянии ожидания (D). Общая средняя загрузка измеряется каждые 1, 5 и 15 минут.

Во второй строке вывода программы top сообщается, что в списке процессов находятся 52 процесса, из них 51 спит (состояние готовности или ожидания), 1 выполняется (у меня только 1 процессор), 0 процессов зомби и 0 остановленных процессов.

В третьей-пятой строках приводится информация о загрузке процессора, использования памяти и файла подкачки. Нас данная информация не очень интересует, поэтому переходим сразу к таблице процессов.

В таблице отображается различная информация о процессе. Нас сейчас интересуют колонки PID (идентификатор процесса), USER (пользователь, запустивший процесс), STAT (состояние процесса) и COMMAND (команда, которая была введена для запуска процесса).

Колонка STAT может содержать следующие значения:

R — процесс выполняется или готов к выполнению (состояние готовности)
• D — процесс в «беспробудном сне» — ожидает дискового ввода/вывода
• T — процесс остановлен (stopped) или трассируется отладчиком
• S — процесс в состоянии ожидания (sleeping)
• Z — процесс-зобми
• &lt — процесс с отрицательным значением nice
• N — процесс с положительным значением nice (о команде nice мы поговорим позже)

Давайте просмотрим, когда же процесс находится в каждом состоянии. Создайте файл process — это обыкновенный bash-сценарий

Сделайте этот файл исполнимым chmod +x ./process и запустите его ./process. Теперь перейдите на другую консоль (ALT + Fn) и введите команду ps -a | grep process. Вы увидите следующий вывод команды ps:

Данный вывод означает, что нашему процессу присвоен идентификатор процесса 4035. Теперь введите команду top -p 4035

Обратите внимание на колонку состояния нашего процесса. Она содержит значение R, которое означает, что в данный момент выполняется процесс с номером 4035.

Теперь приостановим наш процесс — состояние T. Перейдите на консоль, на которой запущен ./process и нажмите Ctrl + Z. Вы увидите сообщение Stopped.

Теперь попробуем «усыпить» наш процесс. Для этого нужно сначала «убить» его: kill 4035. Затем добавить перед циклом while в сценарии ./process строку sleep 10m, которая означает, что процесс будет спать 10 минут. После этого опять запустите команду ps -a | grep process, чтобы узнать PID процесса, а затем — команду top -p PID. Вы увидите в колонке состояния букву S, что означает, что процесс находится в состоянии ожидания или готовности — попросту говоря «спит».

Мы вплотную подошли к самому интересному — созданию процесса-зомби. Во многих статьях, посвященных процессам, пишется «зомби = не жив, не мертв». А что это означает на самом деле? При завершении процесса должна удаляться его структура из списка процессов. Иногда процесс уже завершился, но его имя еще не удалено из списка процессов. В этом случае процесс становится зомби — его уже нет, но мы его видим в таблице команды top. Такое может произойти, если процесс-потомок (дочерний процесс) завершился раньше, чем этого ожидал процесс-родитель. Сейчас мы напишем программу, порождающую зомби, который будет существовать 8 секунд. Процесс-родитель будет ожидать завершения процесса-потомка через 10 секунд, а процесс-потомок завершить через 2 секунды.

Для компиляции данной программы нам нужен компилятор gcc:

Для тех, у кого не установлен компилятор, скомпилированная программа доступна отсюда.

После того, как программа будет откомпилирована, запустите ее: ./zombie. Программа выведет следующую информацию:

Запомните последний номер и быстро переключайтесь на другую консоль. Затем введите команду top -p 1148

Мы видим, что в списке процессов появился 1 зомби (STAT=Z), который проживет аж 10 секунд.

Мы уже рассмотрели все возможные состояния процессов. Осталось только рассмотреть команду для повышения приоритета процесса — это команда nice. Повысить приоритет команды может только пользователь root, указав соответствующий коэффициент понижения. Для увеличения приоритета нужно указать отрицательный коэффициент, например, nice -5 process

Источник

Все, что вам нужно знать о процессах в Linux

Оригинал: All You Need To Know About Processes in Linux [Comprehensive Guide]
Автор: Aaron Kili
Дата публикации: 31 марта 2017 года
Перевод: А. Кривошей
Дата перевода: август 2017 г.

В этой статье мы дадим базовое понимание процессов и кратко рассмотрим управление процессами в Linux с помощью специальных команд.
Процесс относится к выполнению программы — он представляет собой запущенный экземпляр программы, составленный из инструкций, данных, считанных из файлов, других программ, или полученных от пользователя.

Типы процессов

В Linux есть два основных типа процессов:

Процессы переднего плана (также известны как интерактивные процессы) — они инициализируются и контролируются в терминальной сессии. Другими словами, для запуска таких процессов в системе должен находиться пользователь, они не запускаются автоматически как часть системных служб.
Фоновые процессы (также известны как неинтерактивные/автоматические процессы) — не подключены к терминалу. Они не ждут ввода от пользователя.

Что такое демоны

Это специальные типы фоновых процессов, которые запускаются при загрузке системы и остаются запущенными в виде служб, они не завершаются. Демоны запускаются как системные задачи, спонтанно. Тем не менее, пользователь может контролировать их через процесс init.

Создание процессов в Linux

Обычно новый процесс создается уже существующим процессом, который делает в памяти свою точную копию. Дочерний процесс получает то же окружение, что и его родительский процесс, отличается только номер ID.

Есть два распространенных способа создания нового процесса в Linux:

1. С помощью функции System(). Этот способ сравнительно прост, однако неэффективен и создает определенные риски с точки зрения безопасности.
2. С помощью функций fork() и exec() — более продвинутая техника с точки зрения гибкости, скорости и безопасности.

Как Linux идентифицирует процессы?

Поскольку Linux — многопользовательская система, и различные пользователи могут одновременно запускать разные программы, каждый запущенный экземпляр программы должен получать уникальный идентификатор от ядра системы.
Программы идентифицируются по ID процесса (PID), а также по ID родительского процесса (PPID), поэтому процессы можно разделить на следующие категории:

Родительские процессы — это процессы, которые в процессе работы создают другие процессы.
Дочерние процессы — это процессы, созданные другими процессами.

Процесс Init

Процесс Init — это родительский процесс для всех процессов в системе, это первая программа, которая исполняется при загрузке системы Linux; он управляет всеми другими процессами в системе. Init запускается непосредственно ядром системы, поэтому он в принципе не имеет родительского процесса.

Процесс Init всегда получает ID 1. Он функционирует как приемный родитель для всех осиротевших процессов.

Для определения ID процесса можно использовать команду pidof:

Найти ID процесса и ID родительского процесса для системной оболочки можно с помощью команд:

Запуск процессов в Linux

При старте команды или программы (например cloudcmd – CloudCommander), она запускает процесс в системе. Вы можете запустить процесс переднего плана (интерактивный), как показано ниже, он подключится к терминалу и пользователь сможет взаимодействовать с ним:

Фоновые процессы в Linux

Для запуска фонового процесса (неинтерактивного) используется символ &, при этом процесс не сможет читать ввод от пользователя, пока не будет перемещен на передний план.

Вы также можете отправить процесс на задний план, приостановив его с помощью [Ctrl + Z], это отправит сигнал SIGSTOP процессу, тем самым прекратив его работу; он простаивает:

Для продолжения выполнения приостановленного в фоне процесса, используется команда bg:

Для перевода процесса из фонового режима на передний план используется команда fg вместе с ID:

Состояние процесса в Linux

В зависимости от различных обстоятельств состояние процесса во время работы может меняться. В Linux процесс может находиться в следующих состояниях:

Running (работа) — процесс работает (он является текущим процессом в системе) или готов к работе (ждет выделения ресурсов процессора).
Waiting (ожидание) — в этом состоянии процесс ждет события, которое должно запустить его, или выделения системных ресурсов.
Кроме того, ядро системы делит процессы в состоянии ожидания на два типа: перываемые процессы, состояние ожидания которых может быть прервано сигналом, и непрерываемые, состояние ожидания которых может быть прервано только аппаратным способом.
Stopped (остановка) — в этом состоянии процесс останавливает работу, обычно после получения соответствующего сигнала. Например, процесс может быть остановлен для отладки.
Zombie (зомби) — процесс мертв, то есть он был остановлен, но в системе осталась выполняемая им задача.

Как просмотреть активные процессы в Linux

В Linux есть несколько утилит для просмотра запущенных в системе процессов, наиболее широко известны команды ps и top:

1. Команда ps

Она выводит информацию о выбранных активных процессах, как показано ниже.

2. top – утилита системного мониторинга

top — это мощная утилита, которая позволяет в режиме реального времени просматривать список запущенных процессов, как показано ниже:

3. glances – утилита системного мониторинга

glances — это сравнительно новая утилита для мониторинга активности системы с продвинутыми возможностями:

Есть также еще несколько полезных программ, которые вы можете использовать для просмотра списка активных процессов, почитать о них можно по ссылкам ниже.

Управление процессами в Linux

В Linux также имеются команды для управления процессами, например kill, pkill, pgrep и killall. Ниже приведено несколько примеров их использования:

Если вы хотите подробно изучить использование этих команд, информация по ссылкам ниже.

Обратите внимание, что с их помощью вы можете завршать зависшие приложения, которые тормозят вашу систему.

Отправка сигналов процессу

Фундаментальный способ управления процессами в Linux — это отправка им сигналов, которых имеется достаточно много. Посмотреть список всех сигналов можно с помощью команды:

Для отправки сигналов процессу используются описанные выше команды kill, pkill или pgrep. Однако программа ответит на сигнал, только если она запрограммирована распознавать такой сигнал.

Большинство сигналов предназначены для использования системой или программистами при написании кода. Следующие сигналы могут быть полезны пользователю:

SIGHUP 1 – отправляется процессу при закрытии контролирующего его терминала.
SIGINT 2 – отправляется процессу контролирующим его терминалом, если пользователь прерывает работу процесса клавишами [Ctrl+C].
SIGQUIT 3 – отправляется процессу, если пользователь посылает сигнал выхода из программы [Ctrl+D].
SIGKILL 9 – этот сигнал немедленно завершает (убивает) процесс без выполнения любых операций очистки файлов, логов и т.д.
SIGTERM 15 – это сигнал завершения работы программы (он по умоланию отправляется командой kill).
SIGTSTP 20 – отправляется процессу контролирующим его терминалом с запросом на остановку (terminal stop); инициируется при нажатии [Ctrl+Z].

Ниже приведены примеры использования команд kill для завершения работы Firefox при его зависании с использованием PID:

Для завершения программы с использованием ее названия используются команды pkill или killall:

Изменение приоритета процесса

В Linux все активные процессы имеют определенное значение приоритета (nice). Процессы с более высоким приоритетом обычно получают больше процессорного времени, чем процессы с более низким приоритетом.

Однако пользователь с привилегиями root может менять приоритет с помощью команд nice и renice.
В выводе команды top столбец NI отображает значения nice для процессов.

Вы можете использовать команду nice, чтобы задать значение nice процесса. Не забывайте, что обычный пользователь может присвоить процессу значение nice от 0 до 20, только если это процесс ему принадлежит.
Отрицательные значения nice может использовать только пользователь root.

Для понижения приоритета процесса используется команда renice:

Другие статьи об управлении процессами в Linux вы найдете на странице «Процессы в Linux-системе».

Источник