Sop_03_lab.pdf

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 3.

[ilość modułów: 1]

Temat zajęć: Procesy w systemie operacyjnym

Czas realizacji zajęć: 45 min.

Zakres materiału, jaki zostanie

zrealizowany podczas zajęć:

Pojęcie procesu, procesy w systemie, usuwanie procesów, priorytety

procesów, zarządzanie procesami, status zakończenia procesu,

uruchamianie procesów w tle

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

str. nr 1 /6

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 3.

[ilość modułów: 1]

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

nazwa numer numer czas terminal czas nazwa procesu

właściciela procesu procesu nadrzędnego uruchamiania

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, 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).

str. nr 2 /6

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 3.

[ilość modułów: 1]

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 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. 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 ]

str. nr 3 /6

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 3.

[ilość modułów: 1]

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 %.

str. nr 4 /6

Laboratorium systemów operacyjnych – ćwiczenie nr 3.

[ilość modułów: 1]

%jobs

[1]- Stopped vim praca.html

[2]+ Stopped find /usr -name signal.h

%fg 1

VI. Status zakończenia procesu

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) &

VII.Ćwiczenia.

1. Wyświetl listę własnych procesów komenda ps . Porównaj wyniki z wynikami poleceń: ps x i ps

ax . Zbadaj działanie przełączników l i i u . Zaloguj się do systemu kilkukrotnie poprzez

wirtualne konsole lub otwierając nowe okno w środowisku graficznym. Sprawdź

poleceniem tty(1) nazwę terminala, na którym pracujesz.

2. Znajdź proces macierzysty dla procesu ps . Odszukaj przodka wszystkich procesów (PID=1).

Wyświetl hierarchię procesów poleceniem pstree(1) . Obejrzyj listę procesów poleceniem

top(1) sortując ją wg stopnia zajętości procesora i ilości zajętej pamięci. W środowisku

graficznym KDE uruchom program ksysguard (dostępny po wciśnięciu Ctrl–Esc ).

str. nr 5 /6

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: