Poznanie:
- Sposobu identyfikacji procesów w środowisku SO
- Sposobu tworzenia procesów w tle
- Sposobu usuwania procesów
- Sposobów zmiany priorytetów procesów
- Sposobów wykonywania procesów w wyznaczonym czasie
I. Pojęcie procesu
Każdy uruchomiony w systemie Unix program nosi nazwę procesu. Na proces składają się
następujące elementy:
1. Kod binarny procesu załadowany z pliku.
2. Dane programu: struktury danych zadeklarowane w programie oraz pamięć
dynamicznie przydzielona do procesu w trakcie jego działania.
3. Dane systemowe: informacja o procesie utrzymywana przez system.
Dodatkowo, podczas tworzenia procesu system inicjalizuje systemowe struktury danych
opisujące proces, które następnie są aktualizowane podczas wykonania tego procesu. Do
danych systemowych należą:
1. Identyfikator procesu (PID) – unikalna liczba całkowita jednoznacznie identyfikująca
proces.
2. Identyfikator procesu macierzystego (PPID) – wartość PID procesu, który stworzył
dany proces.
3. Środowisko procesu – zbiór zmiennych środowiskowych. Każdy proces ma swoje,
niezależne od innych procesów środowisko wykonania, które początkowo jest
kopiowane z procesu-rodzica a następnie jest modyfikowane niezależnie od innych
procesów.
4. Standardowe strumienie danych.
Oprócz procesów, w systemie Unix, jak w większości nowoczesnych systemów, wyróżnia
się wątki (ang. thread), będące najmniejszymi aktywnymi elementami systemu. Wątek jest
rodzajem procesu, który dzieli przestrzeń adresową z innym procesem – każdemu wątkowi
jest więc przydzielony niezależny identyfikator.
II. Procesy w systemie
Listę procesów dla aktualnej powłoki otrzymamy wywołując polecenie ps (ang. processes).
%ps
PID TTY TIME CMD
14285 pts/0 0:00 -csh
14286 pts/0 0:00 ps
Kolumny zawierają kolejno:
numer procesu, terminal, czas aktywności, nazwa
Pełne informacje o procesach aktualnej powłoki podaje polecenie ps -f (ang. full)
%ps -f
USER PID PPID C STIME TTY TIME CMD
Piotr 14285 14267 0 14:44:00 pts/0 0:00 -csh
Piotr 14286 14285 7 14:44:27 pts/0 0:00 ps
W kolumnach:
nazwa właściciela procesu, numer procesu, numer procesu nadrzędnego, czas uruchamiania, terminal, czas, nazwa procesu
Pełne informacje o wszystkich procesach uzyskamy łącząc opcję -f z -e (ang. every
process).
Poniżej podano inne przydatne przełączniki polecenia ps:
-a (ang. all) wyświetla listę wszystkich procesów (także tych należących do innych
użytkowników)
-l (ang. long) pozwala wyświetlić dodatkowe informacje o każdym procesie
-x (ang. long) dołącza do listy informacje o procesach nie dołączonych do terminali
(procesy demony)
-u powoduje dodanie nazwy użytkownika na początku listy
-w powoduje rozszerzenie wyświetlanej listy.
Użycie przełącznika -l pozwala na wyświetlenie większej liczby szczegółów dotyczących
procesów. W rezultacie wyświetlane są dodatkowe kolumny zawierające następujące
informacje:
S – status procesu ( S – proces jest uśpiony; R – proces jest aktualnie wykonywany)
UID – identyfikator właściciela procesu
PPID – identyfikator procesu macierzystego
PRI i NI – opisują priorytety procesów
WCHAN – pozwala sprawdzić jaką funkcję systemową jądra wywołał proces
Wiele z procesów uruchamianych jest przy starcie systemu – (nie są związane z żadną końcówką), pozostałe są uaktywniane przez użytkowników w momencie zlecenia wywołania programów. Dowolny proces może uruchomić kolejny proces potomny i stać się macierzystym (nadrzędnym) wobec tego procesu potomnego.
W momencie zarejestrowania się użytkownika w systemie uruchomiony
zostaje jego pierwszy proces, czyli powłoka interpretująca polecenia użytkownika.
Wszystkie procesy pracujące w systemie tworzą hierarchiczną strukturę, na szczycie
której stoi proces init, będący rodzicem wszystkich procesów. Proces init ma zawsze
wartość PID równą 1.
Hierarchię procesów można obserwować korzystając z programu pstree. Istnieje także interaktywna wersja komendy ps - program top.
Top oprócz wartości zwracanych przez polecenie ps wyświetla też inne informacje: aktualną liczbę użytkowników w systemie (linia pierwsza), liczbę procesów (linia druga), obciążenie procesora (linia trzecia) i informację nt. dostępnej pamięci w systemie (linie czwarta i piąta).
Innym programem służącym do obserwowania listy procesów jest program ksysguard (dedykowany dla środowiska KDE), lub gtop (dla środowiska GNOM).
III. Usuwanie procesów
Dowolny proces może zostać usunięty z systemu przez jego właściciela. Służy do tego
polecenie kill, wysyłające do procesu o podanym identyfikatorze sygnał przerwania
pracy:
kill [ -nazwa_lub_numer_sygnału ] identyfikator_procesu
Domyślnie, jeśli nie podano numeru sygnału, wysłany zostanie sygnał TERM, powodujący
zatrzymanie procesu. Aktualnie uruchomiony proces można również przerwać naciskając
kombinację klawiszy Ctrl-C, co również powoduje wysłanie sygnału TERM.
Gdy wysłanie sygnału TERM jest niewystarczające do zatrzymania procesu, należy wtedy wysłać sygnał KILL, który powoduje bezwarunkowe przerwanie procesu.
kill -KILL identyfikator_procesu
Sygnały mają przypisane numeryczne identyfikatory. (polecenie kill –l)
Identyfikator sygnału TERM wynosi 2, natomiast sygnału KILL jest równy 9.
W poleceniu kill można korzystać także z wartości numerycznych synałów:
kill -9 identyfikator_procesu
Zatrzymanie wszystkich procesów o danej nazwie powoduje polecenie killall.
Przykładowo:
killall find
powoduje zatrzymanie wszystkich programów find.
Szczegółową listę sygnałów wraz z ich wartościami numerycznymi zawiera strona
pomocy systemowej signal(7).
IV. Priorytety procesów
Każdy proces wykonywany w systemie posiada przypisany mu priorytet, który można
odczytać w wyniku wywołania polecenia ps z przełącznikiem -l.
Kolumna PRI wyświetlana w wyniku tego polecenia zawiera informacje o wartości
priorytetu określonego procesu, nadanej mu poprzez system operacyjny.
Wartość ta nie może być bezpośrednio zmieniana przez użytkownika. Jednakże użytkownik może wpłynąć na wartość PRI, zmieniając tzw. liczbę nice, której aktualna wartość znajduje się w kolumnie NI.
Wartość liczby nice należy do przedziału: od -20 do 19 i początkowo
przyjmuje wartość 0. Im mniejsza wartość liczby nice tym wyższy priorytet procesu.
Dla działającego procesu liczbę nice można zmienić poleceniem:
renice zmiana_priorytetu [ -p ] pid [ -u użytkownik ]
Na przykład:
renice +10 3442
zwiększa liczbe nice o 10, co powoduje zmniejszenie priorytetu tego zadania.
Zwykli użytkownicy mogą jedynie zwiększać liczbę nice, czyli obniżać priorytet wykonania
swoich zadań, natomiast użytkownik root jest uprawniony do wykonywania wszelkich
zmian na wartości nice.
Możliwe jest uruchamianie nowych procesów z ustawionym już nowym priorytetem:
nice -n zmiana_priorytetu polecenie
V. Zarządzanie procesami
Procesy uruchamiane z klawiatury terminala są nazywane pierwszoplanowymi. Powłoka
czeka na zakończenie wykonywania procesu i dopiero wtedy jest gotowa na przyjęcie
kolejnych poleceń od użytkownika.
Proces można jednak uruchomić w tle. Wówczas powłoka utworzy nowy proces
potomny, będący powłoką, której nakaże wykonanie zadanego polecenia, a sama powróci
do stanu gotowości na kolejne polecenia. W rezultacie proces, który został uruchomiany w
tle zaczyna pracować równolegle z interpreterem poleceń.
Warto zaznaczyć, że praca w tle ma sens jedynie w przypadku programów
nieinteraktywnych, czyli takich, które do swojej pracy nie potrzebują interakcji za strony
użytkownika. W przypadku uruchamiania programu w tle interpreter poleceń natychmiast
przechodzi w stan oczekiwania na następne zlecenie, czyli rozpoczyna czytanie danych z
klawiatury. Podobnie, programy działające w tle nie powinny wypisywać informacji na
ekranie, bo będą one wypisywane asynchronicznie w stosunku do aktualnie wykonywanych
operacji. W tym przypadku, rozwiązaniem tego problemu może być przekierowanie
wyników działania takiego programu do pliku i jego późniejsza analiza.
Polecenie jest uruchomione w tle, jeśli po ostatnim parametrze następuje znak &:
polecenie &
Aktualnie uruchomiony proces można także zatrzymać wciskając kombinację Ctrl – Z.
Spowoduje to wstrzymanie tego procesu. Wstrzymany proces istnieje w systemie, ale nie jest
dla niego przydzielany procesor. Zastopowany proces można wprowadzić do wykonania
(kontynuacji) w tle poleceniem bg (ang. background), a nawet przywrócić po dowolnym
czasie z powrotem na pierwszy plan poleceniem fg (ang. foreground), pod warunkiem
jednak, że pomiędzy tymi poleceniami nie uruchomimy w tle innego procesu. Listę aktualnie
kontrolowanych zadań można wyświetlić poleceniem jobs.
Jeśli wstrzymano więcej niż jedno zadanie, niezbędna będzie ich identyfikacja. Interpreter
poleceń wewnętrznie przydziela swoje identyfikatory i za pomocą polecenia jobs można
wyświetlić ich wartości. Do konkretnego procesu można odwołując się korzystając z
identyfikatora poprzedzonego znakiem %.
%jobs
[1]- Stopped vim praca.html
[2]+ Stopped find /usr -name signal.h
%fg 1
Polecenie nohup — polecenie pozwalające na wykonywanie procesu po wyjściu użytkownika z systemu, użyteczne na przykład w przypadku ściągania danych z serwera ftp lub wykonywania czasochłonnych obliczeń.
Np. poniższe polecenie uruchamia proces sleep (nic nie robi lecz istnieje) na czas 5 minut
Co pozwala na wylogowanie się z systemu i powtórne zalogowanie i stwierdzenie, że proces nadal istnieje.
nohup sleep 300 &
logout
login
ps -u loginname
Polecenie time pozwala po wykonaniu procesu otrzymać informacje o czasie wykonania:
Całkowitym, w trybie użytkownika, w trybie systemowym.
Np.
time ls
Polecenie at pozwala uruchamiać procesy w przyszłaości.
Każdy proces w systemie Unix po zakończeniu swojej pracy przekazuje do systemu
informację o tym jak zakończyło się przetwarzanie, określaną statusem zakończenia
procesu. Status zakończenia jest liczbą jednobajtową, przy czym przyjęto, że wartość 0
oznacza poprawne zakończenie przetwarzania. Wartości różne od 0 oznaczają błąd. Status
zakończenia ostatnio wykonywanego programu można uzyskać w następujący sposób:
%echo $?
Status zakończenia procesu można wykorzystać do warunkowego uruchomiania poleceń.
Fakt, że polecenie_2 można wykonać tylko gdy polecenie_1 zakończyło się
sukcesem zapisujemy następująco:
%polecenie_1 && polecenie_2
Natomiast gdy polecenie_2 może być wykonane tylko wtedy gdy polecenie
polecenie_1 zakończyło się niepowodzeniem:
%polecenie_1 || polecenie_2
Ponadto w systemie UNIX możemy jednym poleceniem uruchomić kilka procesów,
oddzielając poszczególne z nich średnikiem:
%polecenie_1; polecenie_2; polecenie_3
Taką sekwencję można również wprowadzić w tło:
%(polecenie_1; polecenie_2; polecenie_3) &
1. Wyświetl listę własnych procesów komenda ps...
stickpl