Sop_07_lab.pdf

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 7.

[ilość modułów: 1]

Temat zajęć: Obsługa procesów w systemie.

Procesy macierzyste i potomne, tworzenie procesów potomnych,

uruchamianie programów, przekierowywanie strumieni

standardowych, implementacja przykładowych programów obsługi

procesów

I. Obsługa procesów.

Proces (zwany też zadaniem) jest jednostką aktywną, kontrolowaną przez system operacyjny i

związaną z wykonywanym programem. Proces ma przydzielone zasoby typu pamięć (segment kodu,

segment danych, segment stosu, segment danych systemowych), procesor, urządzenia zewnętrzne

itp. Część przydzielonych zasobów jest do wyłącznej dyspozycji procesu (np. segment danych,

segment stosu), część jest współdzielona z innymi procesami (np. procesor, segment kodu w

przypadku współbieżnego wykonywania tego samego programu w ramach kilku procesów).

W zależności od aktualnie posiadanych zasobów wyróżnia się stany procesu (np. wykonywany,

uśpiony, gotowy), które zmieniają się cyklicznie w związku z wykonywanym programem lub ze

zdarzeniami zachodzącymi w systemie. Szczegółowy stan procesu, umożliwiający kontynuację jego

wykonywania po przerwaniu nazywany jest kontekstem procesu.

W zakresie obsługi procesów system UNIX udostępnia mechanizm tworzenia nowych

procesów, usuwania procesów oraz uruchamiania programów. Każdy proces, z wyjątkiem procesu

systemowego o identyfikatorze 1, tworzony jest przez inny proces, który staje się jego przodkiem

zwanym też procesem rodzicielskim lub krótko rodzicem. Nowo utworzony proces nazywany jest

potomkiem lub procesem potomnym. Procesy w systemie UNIX tworzą zatem drzewiastą strukturę

hierarchiczną, podobnie jak katalogi.

Potomek tworzony jest w wyniku wywołania przez przodka funkcji systemowej fork . Po

utworzeniu potomek kontynuuje wykonywanie programu swojego przodka od miejsca wywołania

funkcji fork . Proces może się zakończyć dwojako: w sposób naturalny przez wywołanie funkcji

systemowej exit lub w wyniku reakcji na sygnał. Funkcja systemowa exit wywoływana jest

niejawnie na końcu wykonywania programu przez proces lub może być wywołana jawnie w każdym

innym miejscu programu. Zakończenie procesu w wyniku otrzymania sygnału nazywane jest

zabiciem. Proces może otrzymać sygnał wysłany przez jakiś inny proces (również przez samego

siebie) za pomocą funkcji systemowej kill lub wysłany przez jądro systemu operacyjnego.

Proces macierzysty może się dowiedzieć o sposobie zakończenia bezpośredniego potomka przez

wywołanie funkcji systemowej wait . Jeśli wywołanie funkcji wait nastąpi przed zakończeniem

potomka, przodek zostaje zawieszony w oczekiwaniu na to zakończenie.

Jeżeli proces macierzysty zakończy działanie przed procesem potomnym, to proces potomny

nazywany jest sierotą (ang. orphan ) i jest „adoptowany” przez proces systemowy init , który staję się

w ten sposób jego przodkiem. Jeżeli proces potomny zakończył działanie przed wywołaniem funkcji

wait w procesie macierzystym, potomek pozostanie w stanie zombi (proces taki nazywany jest

zombi, upiorem, duchem lub mumią). Zombi jest procesem, który zwalnia wszystkie zasoby (nie

zajmuje pamięci, nie jest mu przydzielany procesor), zajmuje jedynie miejsce w tablicy procesów w

jądrze systemu operacyjnego i zwalnia je dopiero w momencie wywołania funkcji wait przez proces

macierzysty, lub w momencie zakończenia procesu macierzystego.

W ramach istniejącego procesu może nastąpić uruchomienie innego programu w wyniku

wywołania jednej z funkcji systemowych execl , execlp , execle , execv , execvp , execve . Funkcje te

będą określane ogólną nazwą exec . Uruchomienie nowego programu oznacza w rzeczywistości

zmianę programu wykonywanego dotychczas przez proces, czyli zastąpienie wykonywanego

programu innym programem, wskazanym odpowiednio w parametrach aktualnych funkcji exec .

Bezbłędne wykonanie funkcji exec oznacza zatem bezpowrotne zaprzestanie wykonywania

str. nr 1 /10

Czas realizacji zajęć: 90 min.

Zakres materiału, jaki zostanie

zrealizowany podczas zajęć:

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 7.

[ilość modułów: 1]

bieżącego programu i rozpoczęcie wykonywania programu, którego nazwa jest przekazana jako

argument. W konsekwencji, z funkcji systemowej exec nie ma powrotu do programu, gdzie nastąpiło

jej wywołanie, o ile wykonanie tej funkcji nie zakończy się błędem.

Wyjście z funkcji exec można więc traktować jako jej błąd bez sprawdzania zwróconej wartości.

Funkcje służące do obsługi procesów opisane są w 2 i 3części pomocy systemowej i w większości

zdefiniowane w plikach sys/types.h oraz unistd.h.

II. Funkcje systemowe i ich argumenty.

● int fork( void );

Wartości zwracane:

poprawne wykonanie funkcji: utworzenie procesu potomnego; W procesie macierzystym funkcja

zwraca identyfikator (pid) procesu potomnego (wartość większą od 1), a w procesie potomnym

wartość 0.

zakończenie błędne: -1

Możliwe kody błędów ( errno ) w przypadku błędnego zakończenie funkcji:

EAGAIN – błąd alokacji wystarczającej ilości pamięci na skopiowanie stron rodzica i zaalokowanie

struktury zadań

ENOMEM – nie można zaalokować niezbędnych struktur jądra z powodu braku pamięci

UWAGI:

W momencie wywołania funkcji (przez proces który właśnie staje się przodkiem) tworzony jest

proces potomny, który wykonuje współbieżnie ze swoim przodkiem ten sam program. Potomek

rozpoczyna wykonywanie programu od wyjścia z funkcji fork i kontynuuje wykonując kolejną

instrukcję, znajdującą się w programie po wywołaniu funkcji fork . Do funkcji fork wchodzi zatem

tylko proces macierzysty, a wychodzą z niej dwa procesy: macierzysty i potomny, przy czym każdy z

nich otrzymuję inną wartość zwrotną funkcji fork . Wartością zwrotną funkcji fork w procesie

macierzystym jest identyfikator (PID) potomka, a w procesie potomnym wartość 0. W przypadku

błędnego wykonania funkcji fork potomek nie zostanie utworzony, a proces wywołujący otrzyma

wartość -1.

● int getpid(void) oraz int getppid(void)

Wartości zwracane:

poprawne wykonanie funkcji: zwrócenie własnego identyfikatora (w przypadku funkcji getpid ) lub

identyfikator procesu macierzystego (dla funkcji getppid ).

zakończenie błędne: -1

● void exit(int status)

Wartości zwracane:

poprawne wykonanie funkcji: przekazanie w odpowiednie miejsce tablicy procesów wartości status ,

która może zostać odebrana i zinterpretowana przez proces macierzysty.

zakończenie błędne: -1

UWAGI:

Funkcja kończy działanie procesu, który ją wykonał i powoduje przekazanie w odpowiednie miejsce

tablicy procesów wartości status , która może zostać odebrana i zinterpretowana przez proces

macierzysty.

str. nr 2 /10

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 7.

[ilość modułów: 1]

Jeśli proces macierzysty został zakończony, a istnieją procesy potomne – to wykonanie ich nie jest

zakłócone, ale ich identyfikator procesu macierzystego wszystkich procesów potomnych otrzyma

wartość 1 będącą identyfikatorem procesu init (proces potomny staje się sierotą (ang. orphan ) i jest

„adoptowany” przez proces systemowy init). Funkcja exit zdefiniowana jest w pliku stdlib.h.

exit(0) – oznacza poprawne zakończenie wykonanie procesu

exit(dowolna wartość różna od 0 ) – oznacza wystąpienie błędu

● int wait(int *status) oraz int waitpid( int pid, int *status, int

options)

Wartości zwracane:

poprawne wykonanie funkcji: identyfikator procesu potomnego, który się zakończył

zakończenie błędne: -1 lub 0 jeśli użyto opcji WNOHANG, a nie było dostępnego żadnego potomka

Możliwe kody błędów ( errno ) w przypadku błędnego zakończenie funkcji:

ECHILD – jeśli proces o zadanym identyfikatorze pid nie istnieje lub nie jest potomkiem

procesu wywołującego. (Może się to zdarzyć również w przypadku potomka, który ustawił akcję

obsługi sygnału SIGCHLD na SIG_IGN)

EINVAL – jeśli argument options jest niepoprawny.

EINTR – jeśli opcja WNOHANG nie była ustawiona, a został przechwycony niezablokowany

sygnał lub SIGCHLD.

Argumenty funkcji:

status – status zakończenia procesu (w przypadku zakończenia w sposób normalny) lub numer

sygnału w przypadku zabicia potomka lub wartość NULL, w przypadku gdy informacja o stanie

zakończenia procesu nie jest istotna

pid – identyfikator potomka, na którego zakończenie czeka proces macierzysty

• pid < -1 oznacza oczekiwanie na dowolny proces potomny, którego identyfikator grupy

procesów jest równy modułowi wartości pid .

• pid = -1 oznacza oczekiwanie na dowolny proces potomny; jest to takie samo zachowanie,

jakie stosuje funkcja wait .

• pid = 0 oznacza oczekiwanie na każdy proces potomny, którego identyfikator grupy procesu

jest równe identyfikatorowi wołającego procesu.

• pid > 0 oznacza oczekiwanie na potomka, którego identyfikator procesu jest równy wartości

pid .

options – jest sumą OR zera lub następujących stałych:

• WNOHANG oznacza natychmiastowe zakończenie jeśli potomek się nie zakończył.

• WUNTRACED oznacza zakończenie także dla procesów potomnych, które się zatrzymały, a

których status jeszcze nie został zgłoszony.

UWAGI:

Oczekiwanie na zakończenie procesu potomnego. Funkcja zwraca identyfikator ( pid ) procesu, który

się zakończył. Pod adresem wskazywanym przez zmienną status umieszczany jest status

zakończenia, który zawiera albo numer sygnału (najmniej znaczące 7 bitów), albo właściwy status

zakończenia (bardziej znaczący bajt).

Gdy działa parę procesów potomnych zakończenie jednego z nich powoduje powrót z funkcji wait.

Jeżeli funkcja wait zostanie wywołana w procesie macierzystym przed zakończeniem procesu

potomnego, wykonywanie procesu macierzystego zostanie zawieszone do momentu zakończenia

potomka. Jeżeli proces potomny zakończył działanie przed wywołaniem funkcji wait , powrót z

funkcji wait nastąpi natychmiast, a w czasie pomiędzy zakończeniem potomka, a wywołaniem

str. nr 3 /10

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 7.

[ilość modułów: 1]

funkcji wait przez jego przodka potomek pozostanie w stanie zombi. Zombi nie jest tworzony, gdy

proces macierzysty ignoruje sygnał SIGCLD .

Funkcja exit zdefiniowana jest w pliku sys/types.h oraz sys/wait.h .

● rodzina funkcji exec

int execl ( char *path, char *arg0, ..., char *argn, char *null )

int execlp( char *file, char *arg0, ..., char *argn, char *null )

int execv ( char *path, char * argv[] )

int execvp( char *file, char * argv[] )

int execle( char * path, char *arg0, ..., char *argn,char

*null,char *envp[] )

int execve( char * path, char *argv[],char *envp[] )

Wartości zwracane:

poprawne wykonanie funkcji: wywołanie programu podanego jako parametr

zakończenie błędne: -1

Możliwe kody błędów ( errno ) w przypadku błędnego zakończenie funkcji: Każda z tych funkcji

może zakończyć się niepowodzeniem i ustawić jako wartość errno dowolny błąd określony dla

funkcji bibliotecznej execve (2).

Argumenty funkcji:

path, file – pełna nazwa ścieżkowa lub nazwa pliku z programem

arg0 ... argn – nazwa i argumenty programu który ma być wywołany

UWAGI:

W ramach istniejącego procesu może nastąpić uruchomienie innego programu w wyniku wywołania

jednej z funkcji systemowych execl , execlp , execle , execv , execvp , execve . Funkcje te określane są

ogólną nazwą exec . Bezbłędne wykonanie funkcji exec oznacza bezpowrotne zaprzestanie

wykonywania bieżącego programu i rozpoczęcie wykonywania programu, którego nazwa jest

przekazana przez argument.

W wyniku wywołania funkcji typu exec następuje reinicjalizacja segmentów kodu, danych i stosu.

Nie zmieniają się atrybuty procesu takie jak pid, ppid, tablica otwartych plików i kilka innych

atrybutów z segmentu danych systemowych

Różnice pomiędzy wywołaniami funkcji exec wynikają głównie z różnego sposobu budowy ich listy

argumentów: w przypadku funkcji execl i execlp są one podane w postaci listy, a w przypadku

funkcji execv i execvp jako tablica. Zarówno lista argumentów, jak i tablica wskaźników musi być

zakończona wartością NULL. Funkcja execle dodatkowo ustala środowisko wykonywanego procesu.

Funkcje execlp oraz execvp szukają pliku wykonywalnego na podstawie ścieżki przeszukiwania

podanej w zmiennej środowiskowej PATH. Jeśli zmienna ta nie istnieje, przyjmowana jest domyślna

ścieżka :/bin:/usr/bin.

Wartością zwrotną funkcji typu exec jest status , przy czym jest ona zwracana tylko wtedy, gdy

funkcja zakończy się niepoprawnie, będzie to zatem wartość –1.

Funkcje exec nie tworzą nowego procesu, tak jak w przypadku funkcji fork!!!

str. nr 4 /10

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 7.

[ilość modułów: 1]

PRZYKŁADY

execl(„/bin/ls”, „ls”, „-l”,null)

execlp(„ls”, „ls”, „-l”,null)

char* const av[]={„ls”, „-l”, null}

execv(„/bin/ls”, av)

char* const av[]={„ls”, „-l”, null}

execvp(„ls”, av)

III. Przykłady użycia funkcji obsługi procesów.

Listingi 1 i 2 przedstawiają program, który ma zasygnalizować początek i koniec swojego

działania przez wyprowadzenia odpowiedniego tekstu na standardowe wyjście.

#include <stdio.h>

main(){

4 printf("Poczatek\n");

fork ();

6 printf("Koniec\n");

}

Listing 1: Przykład działania funkcji fork

Opis programu : Program jest początkowo wykonywany przez jeden proces. W wyniku wywołania

funkcji systemowej fork (linia 5) następuje rozwidlenie i tworzony jest proces potomny, który

kontynuuje wykonywanie programu swojego przodka od miejsca utworzenia. Wynik działania

programu jest zatem następujący:

Poczatek

Koniec

#include <stdio.h>

main(){

4 printf("Poczatek\n");

execlp ("ls", "ls", "-a", NULL);

6 printf("Koniec\n");

}

Listing 2: Przykład działania funkcji exec

Opis programu: W wyniku wywołania funkcji systemowej execlp (linia 5) następuje zmiana

wykonywanego programu, zanim sterowanie dojdzie do instrukcji wyprowadzenia napisu Koniec

na standardowe wyjście (linia 6). Zmiana wykonywanego programu powoduje, że sterowanie nie

wraca już do poprzedniego programu i napis Koniec nie pojawia się na standardowym wyjściu w

ogóle.

Listing 3 przedstawia program, który zaznacza początek i koniec swojego działania zgodnie z

oczekiwaniami, tzn. napis Poczatek pojawia się przed wynikiem wykonania programu (polecenia)

ls , a napis Koniec pojawia się po zakończeniu wykonywania ls .

str. nr 5 /10

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: