Процессы в linux

1.Теоретические сведения

Чтобы эффективно управлять процессами и сервисами ОС Linux необходимо хорошо понимать, что представляет собой процесс с точки зрения ОС, и каким образом в ОС происходит взаимодействие между различными типами процессов.

Процесс - это объект ОС Linux, который состоит из адресного пространства памяти и набора структур данных. По сути, процесс это запущенная программа или служба.

Каждый запущенный процесс в ОС Linux может породить дополнительные процессы. Процесс, запустивший новый процесс называется родительским процессом. Новый процесс по отношению к создавшему его процессу называется дочерним.

Процессы - это не то же самое, что задачи: процессы являются частью операционной системы, тогда как о задачах известно только командному процессору, в котором они выполняются. Работающая программа заключает в себе один или более процессов; задача состоит из одной или более программ, выполняемых в виде команд командного процессора.

Каждый процесс в ОС Linux характеризуется набором атрибутов, который отличает данный процесс от всех остальных процессов. К таким атрибутам относятся:

* Идентификатор процесса (PID) . Каждый процесс в системе имеет уникальный идентификатор. Каждый новый запущенный процесс получает номер на единицу больше предыдущего.

* Идентификатор родительского процесса (PPID). Данный атрибут процесс получает во время своего запуска и используется для получения статуса родительского процесса.

* Реальный и эффективный идентификаторы пользователя (UID,EUID) и группы (GID, EGID). Данные атрибуты процесса говорят о его принадлежности к конкретному пользователю и группе. Реальные идентификаторы совпадают с идентификаторами пользователя, который запустил процесс, и группы, к которой он принадлежит. Эффективные - от чьего имени был запущен процесс. Права доступа процесса к ресурсам ОС Linux эффективными идентификаторами. Если на исполняемом файле программы установлен специальный бит SGID или SUID, то процесс данной программы будет обладать правами доступа владельца исполняемого файла.
Для управления процессом (например, kill) используются реальные идентификаторы. Все идентификаторы передаются от родительского процесса к дочернему.
Для просмотра данных атрибутов можно воспользоваться командой ps, задав желаемый формат отображения колонок.

* Приоритет или динамический приоритет (priority) и относительный или статический (nice) приоритет процесса.
Статический приоритет или nice-приоритет лежит в диапазоне от -20 до 19, по умолчанию используется значение 0. Значение –20 соответствует наиболее высокому приоритету, nice-приоритет не изменяется планировщиком, он наследуется от родителя или его указывает пользователь. Динамический приоритет используется планировщиком для планирования выполнения процессов. Этот приоритет хранится в поле prio структуры task_struct процесса. Динамический приоритет вычисляется исходя из значения параметра пicе для данной задачи путем вычисления надбавки или штрафа, в зависимости от интерактивности задачи. Пользователь имеет возможность изменять только статический приоритет процесса. При этом повышать приоритет может только root. В ОС Linux существуют две команды управления приоритетом процессов: nice и renice.

* Состояние процесса. В ОС Linux каждый процесс обязательно находится в одном из перечисленных ниже состояний и может быть переведен из одного состояния в другое системой или командами пользователя. Различают следующее состояния процессов:

TASK_RUNNING — процесс готов к выполнению или выполняется (runnable). Обозначается символом R.

TASK_INTERRUPTIBLE - ожидающий процесс (sleeping). Данное состояние означает, что процесс инициализировал выполнение
какой-либо системной операции и ожидает ее завершения. К таким операциям относятся ввод/вывод, завершение дочернего процесса
и т.д. Процессы с таким состоянием обозначаются символом S.

TASK_STOPPED - выполнение процесса остановлено (stopping). Любой процесс можно остановить. Это может делать как система,
так и пользователь. Состояние такого процесса обозначается символом Т.

TASK_ZOMBIE - завершившийся процесс (zombie). Процессы данного состояния возникают в случае, когда родительский процесс
не ожидая завершения дочернего процесса, продолжает параллельно работать. Процессы с таким состоянием обозначаются символом Z.
Завершившиеся процессы больше не выполняются системой, но по-прежнему продолжают потреблять ее не вычислительные ресурсы.

TASK_UNINTERRUPTIBLE -непрерываемый процесс (uninterruptible). Процессы в данном состоянии ожидают завершения операции
ввода - вывода с прямым доступом в память. Такой процесс нельзя завершить, пока не завершится операция ввода/вывода.
Процессы с таким состоянием обозначаются символом D. Состояние аналогично TASK_INTERRUPTIBLE, за исключением того, что процесс
не возобновляет выполнение при получении сигнала. Используется в случае, когда процесс должен ожидать беспрерывно или
когда ожидается, что некоторое событие может возникать достаточно часто. Так как задача в этом состоянии не отвечает
на сигналы, TASK_UNINTERRUPTIBLE используется менее часто, чем TASK_INTERRUPTIBLE.

Типы процессов В Linux процессы делятся на три типа:

• Системные процессы - являются частью ядра и всегда расположены в оперативной памяти. Системные процессы не имеют соответствующих им программ в виде исполняемых файлов и запускаются при инициализации ядра системы. Выполняемые инструкции и данные этих процессов находятся в ядре системы, таким образом, они могут вызывать функции и обращаться к данным, недоступным для остальных процессов. Системными процессами, например, являются: shed (диспетчер свопинга), vhand (диспетчер страничного замещения), kmadaemon (диспетчер памяти ядра).
• Демоны - это неинтерактивные процессы, которые запускаются обычным образом — путем загрузки в память соответствующих им программ (исполняемых файлов), и выполняются в фоновом режиме. Обычно демоны запускаются при инициализации системы (но после инициализации ядра) и обеспечивают работу различных подсистем: системы терминального доступа, системы печати, с истемы сетевого доступа и сетевых услуг, почтовый сервер, dhcp-сервер и т. п. Демоны не связаны ни с одним пользовательским сеансом работы и не могут непосредственно управляться пользователем. Большую часть времени демоны ожидают пока тот или иной процесс запросит определенную услугу, например, доступ к файловому архиву или печать документа.
• Прикладные (пользовательские) процессы. К прикладным процессам относятся все остальные процессы, выполняющиеся в системе. Как правило, это процессы, порожденные в рамках пользовательского сеанса работы. Например, команда ls породит соответствующий процесс этого типа. Важнейшим прикладным процессом является командный интерпретатор (shell), который обеспечивает вашу работу в LINUX. Он запускается сразу же после регистрации в системе. Прикладные процессы linux могут выполняться как в интерактивном, так и в фоновом режиме, но в любом случае время их жизни (и выполнения) ограничено сеансом работы пользователя. При выходе из системы все прикладные процессы будут уничтожены.

Иерархия процессов

В Linux реализована четкая иерархия процессов в системе. Каждый процесс в системе имеет всего одного родителя и может иметь один или более порожденных процессов.

Рис. 3.1 – Фрагмент иерархии процессов

На последней фазе загрузки ядро монтирует корневую файловую систему и формирует среду выполнения нулевого процесса, создавая пространство процесса, инициализируя нулевую точку входа в таблице процесса и делая корневой каталог текущим для процесса. Когда формирование среды выполнения процесса заканчивается, система исполняется уже в виде нулевого процесса. Нулевой процесс "ветвится", запуская fork прямо из ядра, поскольку сам процесс исполняется в режиме ядра. Код, исполняемый порожденным процессом 1, включает в себя вызов системной функции exec, запускающей на выполнение программу из файла "/etc/init". В отличие от нулевого процесса, который является процессом системного уровня, выполняющимся в режиме ядра, процесс 1 относится к пользовательскому уровню. Обычно процесс 1 именуется процессом init, поскольку он отвечает за инициализацию новых процессов. На самом деле вы можете поместить любую программу в /sbin/init и ядро запустит её как только закончит загружаться. Задачей init'а является запуск всего остального нужным образом.

Init читает файл /etc/inittab, в котором содержатся инструкции для дальнейшей работы. Первой инструкцией, обычно, является запуск скрипта инициализации. В системах, основанных на Debian, скриптом инициализации будет /etc/init.d/rcS, в Red Hat - /etc/rc.d/rc.sysinit. Это то место где происходит проверка и монтирование файловых систем (/etc/fstab), установка часов системного времени, включение своп-раздела, присвоение имени хоста и т.д. Далее будет вызван следующий скрипт, который переведёт нас на "уровень запуска" по умолчанию. Это подразумевает просто некоторый набор демонов, которые должны быть запущены.

Syslogd (/etc/init.d/syslogd) – скрипт, отвечающий за запуск и остановку системного логгера (система журнальной регистрации событий SYSLOG, позволяет записывать системные сообщения в файлы журналов /var/log).

Xined –Демон Интернет-служб, управляет сервисами для интернета. Демон прослушивает сокеты и если в каком-то из них есть сообщение определяет какому сервису принадлежит данный сокет и вызывает соответствующую программу для обработки запроса.

crond – Демон cron отвечает за просмотр файлов crontab и выполнение, внесенных в него команд в указанное время для опредленного пользователя. Програма crontab(1) спілкується з crond через файл cron.update, який повинен знаходитись разом з рештою файлів каталогу crontab, як правило - /var/spool/cron/crontabs.

Последним важным действием init является запуск некоторого количества getty. Mingetty – виртуальные терминалы, назначением которых является слежение за консолями пользователей.

getty запускает программу login – начало сеанса роботы пользователя в системе. Задача login'а – регистрация пользователя в системе. А уже после успешной регистрации чаще всего грузиться командный интерпретатор пользователя (shell), например, bash, вернее после регистрации пользователя грузится программа, указанная для данного пользователя в файле /etc/passwd (в большинстве случаев это bash).

2. Запуск процессов

Существует два пути запуска процессов в зависимости от типа процесса.

Для пользовательских процессов запуск осуществляется в интерактивном режиме путем ввода произвольной команды или запуска произвольного скрипта. Для системных процессов и демонов используются инициализационные скрипты (init-скрипты). Данные скрипты используется процессом init для запусков других процессов при загрузке ОС. Инициализационные скрипты хранятся в каталоге /etc. В данном каталоге существуют вложенные каталоги, именуемые rcO.d - rc6.d, каждый из которых ассоциирован с определенным уровнем выполнения (runlevel). В каждом из этих каталогов находятся символьные ссылки на инициализационные скрипты, непосредственно находящиеся в каталоге /etc/rc.d/init.d .

Следует заметить, что в каталоге /etc/init.d присутствуют жесткие ссылки на скрипты каталога /etc/rc.d/init.d, поэтому при изменении скриптов в этих каталогах измененные данные отображаются одинаково вне зависимости от пути к файлу скрипта.

Просмотр init-скриптов

Bee init-скрипты возможно повторно запускать или останавливать, тем самым управляя статусом сервиса, к которому они принадлежат. Запуск данных скриптов осуществляется из командной строки и имеет следующий синтаксис:

/etc/init.d/script-name start|stoplrestart|condrestart|status|reload

Здесь в качестве script-name используется конкретное имя init-скрипта, а в качестве аргументов могут выступать следующие значения:

    * start (Запуск сервиса);
    * stop (Остановка сервиса);
    * restart (Остановка и последующий запуск сервиса);
    * condrestart (Условная остановка и последующий запуск сервиса);
    * status (Получение статуса состояния сервиса);
    * reload (Повторное считывание конфигурационного файла сервиса).

Например, для условного перезапуска сервиса sshd используется следующая команда:

[root@rhe!5 ~]# /etc/init.d/sshd condrestart

Stopping sshd: [  ok   ]

Starting sshd: [  ok   ]

Условный перезапуск сервиса sshd.

В случае использования аргумента condrestart перезапуск сервиса будет осуществлен только в том случае, если сервис уже работает в системе.

В ОС Linux для управления сервисами, помимо непосредственного обращения к файлу init-скрипта, существует специальная команда service (второй способ), в качестве аргумента которой необходимо указать аргументы аналогичные тем, что используются при непосредственном запуске демонов через init-скрипты:

[root@rhel5 ~]# service sshd reload

Reloading sshd:                                                     [   ok   ]

Использование команды service.

В данном примере осуществляется повторное считывание конфигурационного файла сервиса sshd.

Однако управлять демонами в большинстве случаем может только root.

Команды запуска процессов

Команда niceиспользуется для запуска еще не запущенных процессов с заданным приоритетом.

Команда renice используется для изменения приоритета уже запущенных процессов.

3. Мониторинг процессов

Для просмотра запущенных процессов в ОС Linux используются утилиты

• top - Вывести список процессов
• ps - Интерактивно наблюдать за процессами (в реальном времени)
• uptime - Посмотреть загрузку системы
• w - Вывести список активных процессов для всех пользователей
• free - Вывести объем свободной памяти
• pstree - Отображает все запущенные процессы в виде иерархии

При выполнении top в верхней части окна отображается астрономическое время, время, прошедшее с момента запуска системы, число пользователей в системе, число запущенных процессов и число процессов, находящихся в разных состояниях, данные об использовании ЦПУ, памяти и свопа. А далее идет таблица, характеризующая отдельные процессы. Число строк, отображаемых в этой таблице, определяется размером окна: сколько строк помещается, столько и выводится. Содержимое окна обновляется каждые 5 секунд. Список процессов может быть отсортирован по используемому времени ЦПУ (по умолчанию), по использованию памяти, по PID, по времени исполнения. Переключать режимы отображения можно с помощью команд, которые программа top воспринимает. Это следующие команды (просто нажимайте соответствующие клавиши, только с учетом регистра, то есть вместе с клавишей Shift):

    * Shift+N - сортировка по PID;
    * Shift+A - сортировать процессы по возрасту;
    * Shift+P - сортировать процессы по использованию ЦПУ;
    * Shift+M - сортировать процессы по использованию памяти;
    * Shift+T - сортировка по времени выполнения.