Linux узнать состояние процесса

Основы Linux от основателя Gentoo. Часть 2 (3/5): Управление процессами

В этом отрывке рассмотрены команды управления процессами. Вы научитесь замораживать процессы, размораживать, отправлять в фоновый режим, изменять приоритет, просматривать запущенные процессы и жестоко их убивать. Введено понятие сигналов. Рассмотрены такие команды, как bg, fg, jobs, kill, nohup, nice, renice, ps и top.

Навигация по основам Linux от основателя Gentoo:

Часть I

1. BASH: основы навигации (вступление)
2. Управление файлами и директориями
3. Ссылки, а также удаление файлов и директорий
4. Glob-подстановки (итоги и ссылки)

Часть II

Управление процессами

Запуск xeyes

Для изучения управления процессами, какой-нибудь процесс необходимо сначала запустить. Убедитесь, что у вас запущен X (графический сервер — прим. пер.) и выполните следующую команду:

$ xeyes -center red

Вы увидите всплывающее окошко xeyes и красные глаза, следящие за курсором мыши. Также, обратите внимание, что у вас не появилось приглашения для ввода команд в терминале.

Остановка процесса

Чтобы вернуть приглашение, вы должны нажать Control-C (часто пишется как Ctrl-C или ^C):

Вы получили назад свое приглашение, но и окно xeyes исчезло. Фактически, процесс был «убит». Вместо завершения по Control-C, мы можем просто остановить процесс с помощью Control-Z:

На этот раз вы получите приглашение bash’a, а окно xeyes останется сверху. Если вы с ним немного поиграете, возможно заметите, что глаза заморожены на одном месте. Если окно xeyes будет перекрыто другим окном и затем снова открыто, вы увидите, что оно даже не перерисовалось. Процесс не делает ничего. Он на самом деле остановлен.

fg и bg

Чтобы процесс «растормошить» и запустить обратно, мы можем вывести его на передний план используя команду fg (от англ. foreground — прим. пер.):

$ fg
(test it out, then stop the process again)
Control-Z
$

А теперь продолжим его в фоне с помощью команды bg (от англ. backgroud — прим. пер.):

Прекрасно! Процесс xeyes сейчас запущен в фоновом режиме, а мы снова имеем приглашение bash.

Использование «&»

Если нам нужно сразу запустить xeyes в фоновом режиме (вместо использования Control-Z и bg), мы можем просто добавить «&amp» (амперсанд) в конец команды xeyes:

$ xeyes -center blue &amp
[2] 16224

Несколько фоновых процессов

Теперь в фоне у нас одновременно работают красные и синие xeyes. Мы можем просмотреть список заданий с помощью jobs:

Число в левой колонке — это порядковый номер задания, который bash присваивает ему при запуске. Плюс (+) у второго задания значит, что это «текущее задание», оно будет выведено на передний план при вводе fg. Вы также можете вывести на передний план конкретное задание указывая его номер; например, fg 1 сделает таковым красный xeyes. Следующая колонка это идентификатор процесса или сокращенно pid, любезно добавленный в вывод благодаря опции -l. Наконец, состояние обоих процессов «Running» (выполняется) и их командная строка справа.

Введение в сигналы

Чтобы убить, остановить, или продолжить процесс, Linux использует специальную форму взаимодействия, называемую сигналы. Отправляя сигнал некоторому процессу, вы можете его завершить, остановить, или сделать что-нибудь еще. Это то, что происходит на самом деле, когда вы нажимаете Control-C, Control-Z, или используете bg и fg — вы указываете bash отправить процессу определенный сигнал. Сигналы также можно отправить с помощью команды kill указав ей как параметр id процесса (pid):

Как можно заметить, kill не обязательно «убивает» процесс, хотя может и это. Используя опцию -s, kill может отправить процессу любой сигнал. Linux убивает, останавливает или продолжает процессы когда они получают SIGINT, SIGSTOP, или SIGCONT сигнал соответственно. Есть и другие сигналы, которые вы можете отправить процессам; некоторые сигналы могут обрабатываться внутри самих программ. Вы можете узнать о сигналах которые обрабатывает конкретная программа поискав в ее man’е секцию SIGNALS.

SIGTERM и SIGINT

Если вы хотите убить процесс, есть несколько вариантов. По-умолчанию, kill отправляет SIGTERM, который отличается от SIGINT отправляемого по Control-C, но обычно имеет тот же эффект:

Полное убийство

Процесс может игнорировать оба сигнала, SIGTERM и SIGINT, либо по своему усмотрению, либо потому, что он остановлен, либо еще как-то «застрял». В этом случае, может быть необходимо использование большого молотка — сигнала SIGKILL. Процесс не может игнорировать SIGKILL:

nohup

Терминал в котором вы запускаете задания, называется терминалом управления заданиями. Некоторые шеллы (но не bash по-умолчанию), отправляют сигнал SIGHUP фоновым заданиям когда вы выходите, заставляя их завершаться. Для защиты процессов от такого поведения, используйте nohup когда запускаете процесс:

Используем ps для вывода списка процессов

Команда jobs, которую мы использовали ранее выводит только те процессы, которые были запущены в вашей сессии bash. Чтобы увидеть все процессы в вашей системе, используйте ps совместно с опциями a и x:

Здесь приведены только первые 5 процессов, поскольку обычно список процессов очень длинный. Команда дает вам «слепок» всего, что в данный момент выполняется на машине, однако в нем много лишней информации. Если бы вы, не указали ax, вы бы получили список только тех процессов, которые принадлежат вам, и которые есть в управляющем терминале. Команда ps x покажет все ваши процессы, даже те, которых нет в управляющем терминале. Если использовать ps a, то будет получен список процессов из терминалов всех пользователей.

Просмотр «леса» и «деревьев»

Вы также можете просмотреть и другую информацию о каждом процессе. Опция —forest позволяет легко просмотреть иерархию процессов и даст вам представление о том, как различные процессы в системе взаимосвязаны между собой. Если один процесс запускает другой процесс, то запущенный будет называться его потомком. В выводе —forest, родители находятся слева, а потомки появляются как ветки справа:

«u» и «l» опции ps

Опции u и l могут быть использованы в любой комбинации с опциями a, x с целью получения более подробной информации о процессах:

Использование top

Если вы обнаружили, что запускаете ps несколько раз подряд, пытаясь рассмотреть происходящие изменения, возможно вам стоит воспользоваться top. Программа top отображает постоянно обновляющийся список процессов, наряду с другой полезной информацией:

Каждый процесс имеет свое значение приоритета, которое Linux использует для разделения времени CPU. Вы можете указать приоритет процесса при его запуске, с помощью команды nice:

$ nice -n 10 oggenc /tmp/song.wav

С тех пор, как приоритет стал называться nice, он стал легче для запоминания, так, большее значение nice делает «хорошо» (nice — хорошо, замечательно; прим. пер.) другим процессам, позволяя им получить более приоритетный доступ к времени CPU. По-умолчанию, процессы запускаются с приоритетом 0, поэтому установка приоритета в 10 для oggenc значит, что он будет давать больше времени поработать другим процессам. Как правило, это означает, что oggenc даст возможность другим процессам выполняться со своей обычной скоростью, не зависимо от того, сколько времени процессора хочет сам oggenc. Вы могли видеть эти «уровни любезности» в колонке NI у ps и top ранее.

renice

Команда nice может изменять приоритет процессов только во время их запуска. Если вам необходимо изменить приоритет работающего процесса, воспользуйтесь командой renice:

$ renice 10 641
641: old priority 0, new priority 10

Спасибо Dmitry Minsky (Dmitry.Minsky@gmail.com) за перевод.

Об авторах

Daniel Robbins

Дэниэль Роббинс — основатель сообщества Gentoo и создатель операционной системы Gentoo Linux. Дэниэль проживает в Нью-Мехико со свой женой Мэри и двумя энергичными дочерьми. Он также основатель и глава Funtoo, написал множество технических статей для IBM developerWorks, Intel Developer Services и C/C++ Users Journal.

Chris Houser

Крис Хаусер был сторонником UNIX c 1994 года, когда присоединился к команде администраторов университета Тэйлора (Индиана, США), где получил степень бакалавра в компьютерных науках и математике. После он работал во множестве областей, включая веб-приложения, редактирование видео, драйвера для UNIX и криптографическую защиту. В настоящий момент работает в Sentry Data Systems. Крис также сделал вклад во множество свободных проектов, таких как Gentoo Linux и Clojure, стал соавтором книги The Joy of Clojure.

Aron Griffis

Эйрон Гриффис живет на территории Бостона, где провел последнее десятилетие работая в Hewlett-Packard над такими проектами, как сетевые UNIX-драйвера для Tru64, сертификация безопасности Linux, Xen и KVM виртуализация, и самое последнее — платформа HP ePrint. В свободное от программирования время Эйрон предпочитает размыщлять над проблемами программирования катаясь на своем велосипеде, жонглируя битами, или болея за бостонскую профессиональную бейсбольную команду «Красные Носки».

Источник

Изучаем процессы в Linux

В этой статье я хотел бы рассказать о том, какой жизненный путь проходят процессы в семействе ОС Linux. В теории и на примерах я рассмотрю как процессы рождаются и умирают, немного расскажу о механике системных вызовов и сигналов.

Данная статья в большей мере рассчитана на новичков в системном программировании и тех, кто просто хочет узнать немного больше о том, как работают процессы в Linux.

Всё написанное ниже справедливо к Debian Linux с ядром 4.15.0.

Содержание

Введение

Системное программное обеспечение взаимодействует с ядром системы посредством специальных функций — системных вызовов. В редких случаях существует альтернативный API, например, procfs или sysfs, выполненные в виде виртуальных файловых систем.

Атрибуты процесса

Процесс в ядре представляется просто как структура с множеством полей (определение структуры можно прочитать здесь).
Но так как статья посвящена системному программированию, а не разработке ядра, то несколько абстрагируемся и просто акцентируем внимание на важных для нас полях процесса:

• Идентификатор процесса (pid)
• Открытые файловые дескрипторы (fd)
• Обработчики сигналов (signal handler)
• Текущий рабочий каталог (cwd)
• Переменные окружения (environ)
• Код возврата

Жизненный цикл процесса

Рождение процесса

Только один процесс в системе рождается особенным способом — init — он порождается непосредственно ядром. Все остальные процессы появляются путём дублирования текущего процесса с помощью системного вызова fork(2) . После выполнения fork(2) получаем два практически идентичных процесса за исключением следующих пунктов:

1. fork(2) возвращает родителю PID ребёнка, ребёнку возвращается 0;
2. У ребёнка меняется PPID (Parent Process Id) на PID родителя.

После выполнения fork(2) все ресурсы дочернего процесса — это копия ресурсов родителя. Копировать процесс со всеми выделенными страницами памяти — дело дорогое, поэтому в ядре Linux используется технология Copy-On-Write.
Все страницы памяти родителя помечаются как read-only и становятся доступны и родителю, и ребёнку. Как только один из процессов изменяет данные на определённой странице, эта страница не изменяется, а копируется и изменяется уже копия. Оригинал при этом «отвязывается» от данного процесса. Как только read-only оригинал остаётся «привязанным» к одному процессу, странице вновь назначается статус read-write.

Состояние «готов»

Сразу после выполнения fork(2) переходит в состояние «готов».
Фактически, процесс стоит в очереди и ждёт, когда планировщик (scheduler) в ядре даст процессу выполняться на процессоре.

Состояние «выполняется»

Как только планировщик поставил процесс на выполнение, началось состояние «выполняется». Процесс может выполняться весь предложенный промежуток (квант) времени, а может уступить место другим процессам, воспользовавшись системным вывозом sched_yield .

Перерождение в другую программу

В некоторых программах реализована логика, в которой родительский процесс создает дочерний для решения какой-либо задачи. Ребёнок в данном случае решает какую-то конкретную проблему, а родитель лишь делегирует своим детям задачи. Например, веб-сервер при входящем подключении создаёт ребёнка и передаёт обработку подключения ему.
Однако, если нужно запустить другую программу, то необходимо прибегнуть к системному вызову execve(2) :

или библиотечным вызовам execl(3), execlp(3), execle(3), execv(3), execvp(3), execvpe(3) :

Все из перечисленных вызовов выполняют программу, путь до которой указан в первом аргументе. В случае успеха управление передаётся загруженной программе и в исходную уже не возвращается. При этом у загруженной программы остаются все поля структуры процесса, кроме файловых дескрипторов, помеченных как O_CLOEXEC , они закроются.

Как не путаться во всех этих вызовах и выбирать нужный? Достаточно постичь логику именования:

• Все вызовы начинаются с exec
• Пятая буква определяет вид передачи аргументов:
  • l обозначает list, все параметры передаются как arg1, arg2, . NULL
  • v обозначает vector, все параметры передаются в нуль-терминированном массиве;
• Далее может следовать буква p, которая обозначает path. Если аргумент file начинается с символа, отличного от «/», то указанный file ищется в каталогах, перечисленных в переменной окружения PATH
• Последней может быть буква e, обозначающая environ. В таких вызовах последним аргументом идёт нуль-терминированный массив нуль-терминированных строк вида key=value — переменные окружения, которые будут переданы новой программе.

Семейство вызовов exec* позволяет запускать скрипты с правами на исполнение и начинающиеся с последовательности шебанг (#!).

Есть соглашение, которое подразумевает, что argv[0] совпадает с нулевым аргументов для функций семейства exec*. Однако, это можно нарушить.

Любопытный читатель может заметить, что в сигнатуре функции int main(int argc, char* argv[]) есть число — количество аргументов, но в семействе функций exec* ничего такого не передаётся. Почему? Потому что при запуске программы управление передаётся не сразу в main. Перед этим выполняются некоторые действия, определённые glibc, в том числе подсчёт argc.

Состояние «ожидает»

Некоторые системные вызовы могут выполняться долго, например, ввод-вывод. В таких случаях процесс переходит в состояние «ожидает». Как только системный вызов будет выполнен, ядро переведёт процесс в состояние «готов».
В Linux так же существует состояние «ожидает», в котором процесс не реагирует на сигналы прерывания. В этом состоянии процесс становится «неубиваемым», а все пришедшие сигналы встают в очередь до тех пор, пока процесс не выйдет из этого состояния.
Ядро само выбирает, в какое из состояний перевести процесс. Чаще всего в состояние «ожидает (без прерываний)» попадают процессы, которые запрашивают ввод-вывод. Особенно заметно это при использовании удалённого диска (NFS) с не очень быстрым интернетом.

Состояние «остановлен»

В любой момент можно приостановить выполнение процесса, отправив ему сигнал SIGSTOP. Процесс перейдёт в состояние «остановлен» и будет находиться там до тех пор, пока ему не придёт сигнал продолжать работу (SIGCONT) или умереть (SIGKILL). Остальные сигналы будут поставлены в очередь.

Завершение процесса

Ни одна программа не умеет завершаться сама. Они могут лишь попросить систему об этом с помощью системного вызова _exit или быть завершенными системой из-за ошибки. Даже когда возвращаешь число из main() , всё равно неявно вызывается _exit .
Хотя аргумент системного вызова принимает значение типа int, в качестве кода возврата берется лишь младший байт числа.

Состояние «зомби»

Сразу после того, как процесс завершился (неважно, корректно или нет), ядро записывает информацию о том, как завершился процесс и переводит его в состояние «зомби». Иными словами, зомби — это завершившийся процесс, но память о нём всё ещё хранится в ядре.
Более того, это второе состояние, в котором процесс может смело игнорировать сигнал SIGKILL, ведь что мертво не может умереть ещё раз.

Забытье

Код возврата и причина завершения процесса всё ещё хранится в ядре и её нужно оттуда забрать. Для этого можно воспользоваться соответствующими системными вызовами:

Вся информация о завершении процесса влезает в тип данных int. Для получения кода возврата и причины завершения программы используются макросы, описанные в man-странице waitpid(2) .

Передача argv[0] как NULL приводит к падению.

Бывают случаи, при которых родитель завершается раньше, чем ребёнок. В таких случаях родителем ребёнка станет init и он применит вызов wait(2) , когда придёт время.

После того, как родитель забрал информацию о смерти ребёнка, ядро стирает всю информацию о ребёнке, чтобы на его место вскоре пришёл другой процесс.

Благодарности

Спасибо Саше «Al» за редактуру и помощь в оформлении;

Спасибо Саше «Reisse» за понятные ответы на сложные вопросы.

Они стойко перенесли напавшее на меня вдохновение и напавший на них шквал моих вопросов.

Источник