Все о Linux. LinuxRSP.Ru


Cвежие новости Linux и BSD, анонсы статей и книг прямо в почтовый ящик!
Подписаться письмом


 Сегодняшние новости:

Почтовый клиент Trojita 0.7

Состоялся релиз открытой аппаратной платформы icoBoard 1.0

Релиз компилятора SDCC 3.6.0

Релиз Qt 5.7.0 и Qt Creator 4.0.2

Первый релиз Nextcloud, форка ownCloud

Релиз LibreCAD 2.1.0. Команде разработчиков нужна помощь!

Релиз SolveSpace 2.1

xterm 325

До конца года состоится выход российских смартфонов на ОС Sailfish

Duktape 1.5.0 - встраиваемый движок JavaScript

FreeBSD доступна в Azure Marketplace

Программа PyCon Russia 2016 готова

Perl 5.22.0

Релиз FastNetMon1.1.2 - открытого решения для мониторинга DoS/DDoS атак

xCube - светодиодная платформа за 37 долларов

Hg/Mercurial 3.4

Релиз Jython 2.7.0

Релиз OpenBSD 5.7

Вышел Stellarium 0.13.3

Google

 Новые статьи :

Утилиты для восстановления потерянных данных в Linux

Лучшие файловые менеджеры для Android

20 лучших бесплатных книг о Linux

Как сгенерировать открытый/закрытый SSH-ключ в Linux

Grive - клиент Google Drive для Linux с открытым исходным кодом

Протокол IPv6: варианты подключения

Сервер из образа: DHCP + TFTP + Initrd + OpenVZ

Обзор веб-панелей управления хостингом

Приёмы работы с Vim

Nginx как Reverse Proxy для сайта, использующего SSL

Разработка модулей ядра Linux

Мониторинг нагрузки http-сервера Apache 2

Перевод комментариев к файлу конфигурации Squid

Решение проблем при использовании "1c предприятие" 8.2 в Linux

Advanced Bash-Scripting Guide Искусство программирования на языке сценариев командной оболочки







Rambler's Top100





 
 

Процессы в Linux

Колисниченко Денис, dhsilabs@mail.ru

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.

Немного теории

Термин "процесс" впервые появился при разработке операционной системы Multix и имеет несколько определений, которые используются в зависимости от контекста. Процесс - это:

  1. программа на стадии выполнения
  2. "объект", которому выделено процессорное время
  3. асинхронная работа

Для описания состояний процессов используется несколько моделей. Самая простая модель - это модель трех состояний. Модель состоит из:

  1. состояния выполнения
  2. состояния ожидания
  3. 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:

  1. Создание процесса - это переход из состояния рождения в состояние готовности
  2. Уничтожение процесса - это переход из состояния выполнения в состояние смерти
  3. Восстановление процесса - переход из состояния готовности в состояние выполнения
  4. Изменение приоритета процесса - переход из выполнения в готовность
  5. Блокирование процесса - переход в состояние ожидания из состояния выполнения
  6. Пробуждение процесса - переход из состояния ожидания в состояние готовности
  7. Запуск процесса (или его выбор) - переход из состояния готовности в состояние выполнения

Для создания процесса операционной системе нужно:

  1. Присвоить процессу имя
  2. Добавить информацию о процессе в список процессов
  3. Определить приоритет процесса
  4. Сформировать блок управления процессом
  5. 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.

Практика

Для наблюдения за процессами мы будем использовать программу top.

15:03:11  up 58 min,  4 users,  load average: 0,02, 0,01, 0,00
52 processes: 51 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped
CPU states:  0,8% user,  0,6% system,  0,0% nice,  0,0% iowait, 98,3% idle
Mem:   127560k av,  124696k used,    2864k free,       0k shrd,     660k buff
        13460k active,              17580k inactive
Swap:  152576k av,    8952k used,  143624k free                   28892k cached

 PID USER     PRI  NI  SIZE  RSS SHARE STAT %CPU %MEM   TIME COMMAND
 3097 den       15   0  1128 1128   832 R     2,8  0,8   0:00 top
    1 root       8   0   120   84    60 S     0,0  0,0   0:04 init
    2 root      12   0     0    0     0 SW    0,0  0,0   0:00 keventd
    3 root      19  19     0    0     0 SWN   0,0  0,0   0:00 ksoftirqd_CPU0
...

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

#!/bin/bash
x=1
while [ $x -lt 10 ]
do
x=2
done

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:

 4035 pts/1    00:00:15 process

Данный вывод означает, что нашему процессу присвоен идентификатор процесса 4035. Теперь введите команду top -p 4035

15:30:15  up  1:25,  6 users,  load average: 0,44, 0,19, 0,07
1 processes: 0 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped
CPU states:  2,3% user,  0,6% system,  0,0% nice,  0,0% iowait, 96,8% idle
Mem:   127560k av,  124496k used,    3064k free,       0k shrd,    1208k buff
        15200k active,              16400k inactive
Swap:  152576k av,   15676k used,  136900k free                   27548k cached

  PID USER     PRI  NI  SIZE  RSS SHARE STAT %CPU %MEM   TIME COMMAND
 4035 den       15   0  1320 1320   988 R    99,9  1,0   0:31 process

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.

  PID USER     PRI  NI  SIZE  RSS SHARE STAT %CPU %MEM   TIME COMMAND
 4035 den        9   0  1320 1320   988 T     0,0  1,0   0:51 process

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.


#include <unistd.h>
#include <signal.h>
#include <stdlib.h>
#include <sys/wait.h>
#include <stdio.h>

int main() {
   int pid;
   int status, died;

   pid=fork();
   switch(pid) {
   case -1: printf("can't fork\n");
            exit(-1);
   case 0 : printf("   I'm the child of PID %d\n", getppid());
            printf("   My PID is %d\n", getpid());
	    // Ждем 2 секунды и завершаемся, следующую строку я закомментировал
	    // чтобы зомби "прожил" на 2 секунды больше
//	    sleep(2);
            exit(0);
   default: printf("I'm the parent.\n");
            printf("   My PID is %d\n", getpid());
	    // Ждем завершения дочернего процесса через 10 секунд, а потом убиваем его	    
	    sleep(10);
            if (pid & 1)
               kill(pid,SIGKILL);
            died= wait(&status);
  }
}

Для компиляции данной программы нам нужен компилятор gcc:

gcc -o zombie zombie.c

Для тех, у кого не установлен компилятор, скомпилированная программа доступна отсюда.

После того, как программа будет откомпилирована, запустите ее: ./zombie. Программа выведет следующую информацию:

I'm the parent
  My PID is 1147
  I'm the child of PID 1147
  My PID is 1148

Запомните последний номер и быстро переключайтесь на другую консоль. Затем введите команду top -p 1148

16:04:22  up 2 min,  3 users,  load average: 0,10, 0,10, 0,04
1 processes: 0 sleeping, 0 running, 1 zombie, 0 stopped
CPU states:  4,5% user,  7,6% system,  0,0% nice,  0,0% iowait, 87,8% idle
Mem:   127560k av,   76992k used,   50568k free,       0k shrd,    3872k buff
        24280k active,              19328k inactive
Swap:  152576k av,       0k used,  152576k free                   39704k cached

  PID USER     PRI  NI  SIZE  RSS SHARE STAT %CPU %MEM   TIME COMMAND
 1148 den       17   0     0    0     0 Z     0,0  0,0   0:00 zombie <defunct>

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

Все ваши вопросы и комментарии рад буду выслушать по адресу dhsilabs@mail.ru. Свои вопросы вы также можете задать на форуме на сайте http://dkws.narod.ru.


      

Связь | О проекте LinuxRSP | Реклама | О Linux
© 1999-2016 LinuxRSP