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:
- программа на стадии выполнения
- «объект», которому выделено процессорное время
- асинхронная работа
Для описания состояний процессов используется несколько моделей. Самая простая модель — это модель трех состояний. Модель состоит из:
- состояния выполнения
- состояния ожидания
- 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:
- Создание процесса — это переход из состояния рождения в состояние готовности
- Уничтожение процесса — это переход из состояния выполнения в состояние смерти
- Восстановление процесса — переход из состояния готовности в состояние выполнения
- Изменение приоритета процесса — переход из выполнения в готовность
- Блокирование процесса — переход в состояние ожидания из состояния выполнения
- Пробуждение процесса — переход из состояния ожидания в состояние готовности
- Запуск процесса (или его выбор) — переход из состояния готовности в состояние выполнения
Для создания процесса операционной системе нужно:
- Присвоить процессу имя
- Добавить информацию о процессе в список процессов
- Определить приоритет процесса
- Сформировать блок управления процессом
- 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
- < — 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
Как узнать PID процесса в Linux
Каждый процесс в операционной системе имеет свой уникальный идентификатор, по которому можно получить информацию об этом процессе, а также отправить ему управляющий сигнал или завершить.
В Linux такой идентификатор называется PID, и узнать его можно несколькими способами. В этой статье мы рассмотрим, как узнать PID процесса в Linux, а также зачем это может вам понадобиться.
Как узнать pid процесса Linux
Самый распространённый способ узнать PID Linux — использовать утилиту ps:
Кроме нужного нам процесса, утилита также выведет PID для grep, ведь процесс был запущен во время поиска. Чтобы его убрать, добавляем такой фильтр:
Например, узнаём PID всех процессов, имя которых содержит слово «Apache»:
2. pgrep
Если вам не нужно видеть подробную информацию о процессе, а достаточно только PID, то можно использовать утилиту pgrep:
По умолчанию утилита ищет по командной строке запуска процесса, если нужно искать только по имени процесса, то надо указать опцию -f:
3. pidof
Эта утилита ищет PID конкретного процесса по его имени. Никаких вхождений, имя процесса должно только совпадать с искомым:
С помощью опции -s можно попросить утилиту выводить только один PID:
4. pstree
Утилита pstree позволяет посмотреть список дочерних процессов для определённого процесса, также их pid-идентификаторы. Например, посмотрим дерево процессов Apache:
Каким процессом занят файл Linux
Выше мы рассмотрели, как получить PID процесса Linux по имени, а теперь давайте узнаем PID по файлу, который использует процесс. Например, мы хотим удалить какой-либо файл, а система нам сообщает, что он используется другим процессом.
С помощью утилиты lsof можно посмотреть, какие процессы используют директорию или файл в данный момент. Например, откроем аудио-файл в плеере totem, а затем посмотрим, какой процесс использует её файл:
В начале строки мы видим название программы, а дальше идёт её PID. Есть ещё одна утилита, которая позволяет выполнить подобную задачу — это fuser:
Здесь будет выведен только файл и PID процесса. После PID идёт одна буква, которая указывает, что делает этот процесс с файлом или папкой:
- c — текущая директория;
- r — корневая директория;
- f — файл открыт для чтения или записи;
- e — файл выполняется как программа;
- m — файл подключен в качестве библиотеки.
Кто использовал файл в Linux
Узнать процесс, который сейчас занимает файл, достаточно просто. Но как узнать, какой процесс обращается к файлу не надолго, например, выполняет его как программу или читает оттуда данные? Эта задача уже труднее, но вполне решаема с помощью подсистемы ядра auditd. В CentOS набор программ для работы с этой подсистемой поставляется по умолчанию, в Ubuntu же его придётся установить командой:
Теперь создаём правило для мониторинга. Например, отследим, кто запускает утилиту who:
Здесь -w — адрес файла, который мы будем отслеживать, —p — действие, которое нужно отслеживать, —k — произвольное имя для правила. В качестве действия могут использоваться такие варианты:
Теперь выполним один раз who и посмотрим, что происходит в логе с помощью команды ausearch:
Здесь в секции SYSCALL есть PID процесса, под которым была запущена программа, а также PPID — программа, которая запустила нашу who. Копируем этот PID и смотрим информацию о нём с помощью ps:
Становиться понятно, что это bash.
Какой процесс использует порт в Linux
Иногда необходимо узнать PID Linux-программы, которая использует сетевой порт, например 80. Для этого можно использовать утилиту ss:
Мы видим, что это несколько процессов Apache. Использовав опцию dport, можно узнать, какой процесс отправляет данные на указанный порт:
Выводы
В этой статье мы рассмотрели, как узнать PID процесса в Linux по различным условиям: имени или файлу. Как видите, всё достаточно просто, и в считанные минуты можно можно понять, что происходит с вашей операционной системой, и какой процесс за это отвечает.
Источник
