Process in linux pdf

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

Кунг-фу стиля Linux: PDF для пингвинов

Вначале PostScript представлял собой язык программирования для принтеров. И хотя PostScript-принтеры всё ещё не потеряли актуальности, существует и множество других форматов, в которых можно отправлять данные на печать. Но благодаря PostScript появился Portable Document Format — PDF, который стал невообразимо популярным. Пожалуй, не проходит и дня, чтобы каждый из нас не просмотрел бы какой-нибудь PDF-документ на своём компьютере. Конечно, есть и форматы, конкурирующие с PDF, но им, в сравнении с PDF, принадлежит лишь небольшая доля рынка. Просмотр PDF-файлов в Linux — это не проблема. А как насчёт их редактирования? Как оказалось, это тоже несложно, правда, только если знать о том, как именно это делается.

Графические инструменты

Существует множество инструментов для редактирования PDF-файлов в Linux. Главная проблема тут — качество получаемого результата. Для редактирования PDF-файлов можно воспользоваться, например, LibreOffice Draw, Inkscape или даже GIMP. Эти инструменты, как правило, отлично справляются с простыми задачами, например — когда нужно лишь убрать что-то из документа, перекрыв это белым прямоугольником, или когда надо сделать в документе какое-то примечание. А вот если речь идёт о более сложных изменениях, или о получении документов, элементы которых выверены до последнего пикселя, то эти инструменты для решения таких задач вполне могут и не подойти.

Редактирование PDF-документа в GIMP

Основная сложность тут в том, что большинство подобных инструментов работают с PDF-документами как с изображениями, или, как минимум, как с коллекциями объектов. Например, текстовые колонки, вероятно, будут преобразованы в наборы отдельных строк. Изменение чего-либо, что вызывает переход текста на новую строку, приведёт к необходимости ручного изменения других строк. А иногда то, что выглядит как текст, текстом, на самом деле, не является. Текст может быть представлен изображениями. Это сильно зависит в первую очередь от того, как именно был создан конкретный PDF-файл.

Если вы не против использования онлайн-инструментов, то вам, в деле работы с PDF, может пригодиться PDFEscape — бесплатный и весьма достойный редактор. Среди других вариантов можно отметить Scribus и Okular. Оба эти инструмента, на самом деле, не умеют редактировать файлы, но могут импортировать их в виде изображений, с которыми уже можно работать. Например, в Okular, в режиме предварительного просмотра документов, можно добавлять в документы аннотации, вроде тех, которыми отмечают самое интересное, и элементы, нарисованные от руки.

Неудивительно то, что emacs умеет выводить PDF-файлы при запуске под X. Можно использовать Control+C Control+C для переключения на просмотр текстового представления файла. В конце концов, большинство PDF-файлов представляют собой файлы, содержащие текст, а emacs поддерживает даже работу с бинарными файлами. Поэтому, если вы не против поработать с внутренним содержимым PDF-файлов, которое очень похоже на PostScript, вы можете редактировать PDF-файлы в emacs или в каком-нибудь другом текстовом редакторе.

Существует несколько специализированных платных PDF-редакторов и как минимум один опенсорсный редактор такого рода. Но, конечно, как и для решения большинства задач в Linux, для редактирования PDF-файлов можно пользоваться инструментами командной строки.

Маскировка текста

Проблема работы с PDF-файлами, представленными в виде обычного текста, заключается в том, что, даже при просмотре их emacs, текстовые данные в таких файлах часто сжаты и, в результате, нечитаемы. Например, буквы, из которых состоят слова, могут быть разделены кодом, форматирующим их, или другими данными. Поэтому поискать некий текст в подобных файлах, вполне возможно, не получится.

PDF-файлы можно конвертировать в формат, при использовании которого сжатие не слишком сильно портит текст, но это — тоже не панацея. Например, если открыть следующий фрагмент кода статьи про любительскую радиосвязь и задаться целью изменить слово «convention», то сложно будет понять даже то, где именно находится это слово. Но оно, тем не менее, где-то здесь:

3 0 obj > stream

Волшебство командной строки

Существует такой инструмент — qpdf , который умеет конвертировать PDF-файлы в другие PDF-файлы. Он может оптимизировать эти файлы в расчёте на их размещение в интернете или в расчёте на редактирование текста. Он умеет выполнять простые операции вроде удаления страниц или объединения фрагментов нескольких файлов. Вы можете взглянуть на документацию по нему. В вышеприведённом примере мы воспользовались режимом QDF для создания совершенно нормального PDF-файла, все объекты которого размещены в соответствии с их порядковыми номерами, в котором используется обычный для Unix способ завершения строк. Такие свойства выходных файлов упрощают их редактирование в обычных текстовых редакторах, но, как мы уже видели, это, всё равно, не такая уж и простая задача. Например, довольно-таки сложно удалить объект целиком, но если избавиться ото всех его упоминаний, то можно, воспользовавшись fix-qdf , воссоздать нормальный QDF-файл.

Ещё один способ выполнения простых правок PDF-документов предусматривает использование PDFtk Server (PDFtk, без «Server», это графический набор инструментов для Windows). С помощью PDFtk можно объединять или разделять документы, поворачивать страницы и решать много других распространённых задач. Например — вот как объединить все материалы двух файлов:

Можно сделать то же самое, но пропустив, скажем, страницу №9:

Ещё можно перемешивать страницы объединённых документов, располагая их в нужном порядке:

Путешествие из текста в PDF и обратно

Если нужно, пользуясь инструментами командной строки, преобразовать текст в PDF, решить эту задачу можно разными способами. Например, существует отличный инструмент Pandoc, который позволяет преобразовывать материалы, оформленные с помощью одних языков разметки, в материалы, оформленные с помощью других способов описания документов. В частности, речь идёт о возможности преобразования практически всего чего угодно в PDF.

Ещё можно использовать различные комбинации ps2pdf (вместе с инструментом для генерирования PostScript-данных), pdf2text (этот инструмент входит в состав пакета poppler-utils) или Ghostscript для создания PDF-файлов или для извлечения из них текстовых данных. Надо сказать, что Ghostscript — это весьма мощный инструмент, среди возможностей которого можно отметить преобразование PDF-файлов в различные графические форматы. Это может пригодиться, если нужно, например, выводить их на веб-страницах в виде изображений.

Инструменты для решения особых задач печати документов и другие инструменты

Иногда нужно модифицировать PDF-файл в расчёте на то, что он будет определённым образом выведен на печать. Мы уже говорили, например, о том, как совмещать нечётные и чётные страницы документов, но есть и другие способы подготовки документов к печати:

• pdfxup — инструмент, задействующий возможности pdflatex и Ghostscript для размещения нескольких PDF-страниц (например — двух) на одной печатной странице.
• pdfjam — использует LaTeX для размещения документов на страницах разных размеров или для вывода нескольких страниц документа на одной печатной странице.
• pdfposter — умеет создавать печатные изображения огромных размеров на нескольких страницах, беря за основу одну страницу.

Если вы предпочитаете инструменты с графическим интерфейсом — можете взглянуть на PDFsam Basic. А если вас интересует ПО для работы с PDF, написанное на Java — обратите внимание на Multivalent.

Итоги

В Linux существует множество способов решения одних и тех же повседневных задач. Это справедливо и для задач, связанных с PDF-документами. Но иногда самое сложное заключается не в том, чтобы решить задачу, а в том, чтобы найти инструмент, который идеально подходит под требования и стиль работы пользователя.

Чем вы пользуетесь для редактирования PDF-файлов в Linux?

Источник