Linux запуск как процесс

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():

1. Выделяется память для описателя нового процесса в таблице процессов
2. Назначается идентификатор процесса PID
3. Создается логическая копия процесса, который выполняет fork() — полное копирование содержимого виртуальной памяти родительского процесса, копирование составляющих ядерного статического и динамического контекстов процесса-предка
4. Увеличиваются счетчики открытия файлов (порожденный процесс наследует все открытые файлы родительского процесса).
5. 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:

1. окончание порожденного процесса (например, из-за системного вызова exit (см. ниже))
2. возникновение исключительной ситуации
3. 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 &lt 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

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