SO2_instrukcja_2.pdf

(48 KB) Pobierz

Instrukcja do laboratorium Systemów Operacyjnych

(semestr drugi)

Ćwiczenie drugie

(jedne zajęcia)

Temat: Procesy i sygnały w Linuksie.

Opracowanie:

mgr inż. Arkadiusz Chrobot

Wprowadzenie

1. Budowa procesu w Uniksie.

W systemach uniksowych (w tym w Linuksie) przestrzeń procesu użytkownika

można podzielić na dwa konteksty: kontekst użytkownika i kontekst jądra.

Pierwszy z nich może być podzielony na sześć obszarów: tekstu, stałych, zmiennych

zainicjowanych, zmiennych niezainicjowanych, sterty i stosu. Drugi zawiera

wyłącznie dane. Obszar tekstu zawiera rozkazy maszynowe, które są wykonywane

przez sprzęt. Ten obszar jest tylko do odczytu, a więc może go współdzielić kilka

procesów równocześnie. Obszar stałych jest również tylko do odczytu. We

współczesnych systemach uniksowych jest łączony w jeden obszar z obszarem

tekstu. Obszar zmiennych zainicjowanych zawiera zmienne, którym zostały

przypisane wartości początkowe, ale proces może je dowolnie modyfikować. Obszar

zmiennych niezainicjowanych (bss) zawiera zmienne, które mają wartość

początkową zero, a więc nie trzeba ich wartości inicjujących przechowywać w pliku

programu. Sterta (ang.

heap)

i stos (ang.

stack)

tworzą w zasadzie jeden obszar –

sterta służy do dynamicznego przydzielania dodatkowego obszaru w pamięci,

natomiast na stosie przechowywane są ramki stosu, czyli informacje związane

z wywołaniem podprogramów. Sterta rozszerza się w stronę wyższych adresów,

natomiast stos w stronę niższych adresów. Proces użytkownika nie ma

bezpośredniego dostępu do kontekstu jądra, który zawiera informacje o stanie tego

procesu. Ten obszar może być modyfikowany tylko przez jądro. Pewne wartości

w tym kontekście mogą być modyfikowane z poziomu procesu użytkownika poprzez

odpowiednie wywołania systemowe.

2. Tworzenie nowych procesów

Działający proces może stworzyć proces potomny używając funkcji

fork()

udostępnianej z poziomu biblioteki standardowej języka C. W systemie Linux

funkcja ta jest „opakowaniem” na wywołanie

clone(),

które nie jest wywołaniem

standardowym, tzn. nie jest dostępne w innych systemach kompatybilnych

z Uniksem i nie należy go bezpośrednio stosować w programach, które mają być

przenośne. W Linuksie zastosowany jest wariant tworzenia procesów określany po

angielsku copy-on-write. Oznacza to, ze po stworzeniu nowego procesu współdzieli

on zarówno obszar tekstu, jak i obszar danych (tj. stertę, stos, zmienne zainicjowane

i niezainicjowane) z rodzicem. Dopiero, kiedy któryś z nich będzie próbował dokonać

modyfikacji danych nastąpi rozdzielenie obszaru danych (proces potomny otrzyma

kopię obszaru rodziciela). Aby wykonać nowy program należy w procesie potomnym

użyć jednej z funkcji

exec().

Sterowanie z procesu rodzicielskiego do procesu

potomnego nigdy bezpośrednio nie wraca, ale proces rodzicielski może poznać status

wykonania procesu potomnego wykonując jedną z funkcji

wait().

Jeśli proces

rodzicielski nie wykona tej funkcji, to zakończony proces proces potomny zostaje

procesem zombie. W przypadku, gdy proces-rodziciel zakończy się wcześniej niż

proces potomny, to ten ostatni jest „adoptowany” przez proces init, którego PID

(identyfikator procesu) wynosi „1” lub inne procesy należące do jego grupy procesu

rodzicielskiego.

3. Sygnały

Sygnały można uznać za prostą formę komunikacji między procesami, ale przede

wszystkim służą one do powiadomienia procesu, że zaszło jakieś zdarzenie, stąd też

nazywa się je przerwaniami programowymi. Sygnały są asynchroniczne względem

wykonania procesu (nie można przewidzieć kiedy się pojawią). Mogą być wysłane

z procesu do procesu lub z jądra do procesu. Programista ma do dyspozycji funkcję

kill(),

która umożliwia wysłanie sygnału do procesu o podanym PID. Z każdym

procesem jest związana struktura, w której umieszczone są adresy procedur obsługi

sygnałów. Jeśli programista nie napisze własnej funkcji obsługującej dany sygnał, to

wykonywana jest procedura domyślna, która powoduje natychmiastowe zakończenie

procesu lub inne, zależne od konfiguracji zachowanie. Część sygnałów można

ignorować, lub zablokować je na określony czas. Niektórych sygnałów nie można

samemu obsłużyć, ani zignorować, ani zablokować (np. SIGKILL).

4. Opis ważniejszych funkcji

fork()

- stwórz proces potomny. Funkcja ta zwraca dwie wartości: dla procesu

macierzystego - PID potomka, dla procesu potomnego „0”. Jeśli jej wywołanie

się nie powiedzie, to zwraca wartość „-1”. Oto fragment kodu, pozwalający

oprogramować zachowanie potomka i rodzica:

int porcpid = fork();

if(procid ==

-1) exit(EXIT_FAILURE);

if(procpid == 0) {

/*tu kod potomka*/

} else {

/* tu kod rodzica*/

}

Szczegóły: man fork

clone()

- funkcja specyficzna dla Linuksa, służy do tworzenia nowego procesu.

Szczegóły: man clone

getpid()

getppid()

- funkcje zwracają odpowiednio: PID procesu bieżącego

i PID jego rodzica. Szczegóły: man getpid

sleep()

- służy do „uśpienia” procesu na określoną liczbę sekund. Szczegóły:

man 3 sleep

wait - nie jest to jedna funkcja, ale rodzina funkcji (wait(),

waitpid(), wait3(),

wait4()).

Powodują one, że proces macierzysty czeka na zakończenie procesu

potomnego. Status zakończenia procesu możemy poznać korzystając

z odpowiednich makr. Szczegóły: man 2 wait.

exit()

- funkcja kończąca wykonanie procesu. Istnieje kilka innych podobnych

funkcji. Szczegóły: man 3 exit.

exec – rodzina funkcji (execl(),

execlp(), execle(), execv(), execv()),

które zastępują

obraz w pamięci aktualnie wykonywanego procesu obrazem nowego procesu

odczytanym z pliku. Szczegóły: man 3 exec.

kill()

– funkcja powodująca wysłanie sygnału o określonym numerze do procesu

o określonym PID. Szczegóły: man 2 kill.

signal()

– funkcja pozwala określić zachowanie procesu, po otrzymaniu

odpowiedniego sygnału. Z tą funkcją powiązane są funkcje

sigblock()

sigsetmask().

Współcześnie zalecane jest stosowanie

sigaction()

sigprocmask

() zamiast

signal().

Szczegóły: man signal, man sigblock, man sigsetmask, man

sigaction, man sigprocmask.

pause()

– funkcja powoduje, że proces czeka na otrzymanie sygnału. Szczegóły:

man pause.

alarm()

- pozwala ustawić czas, po którym proces otrzyma sygnał SIGALRM.

Szczegóły: man alarm.

Zadania:

1. Napisz program, który utworzy dwa procesy: macierzysty i potomny. Proces

rodzicielski powinien wypisać swoje PID i PID potomka, natomiast proces potomny

powinien wypisać swoje PID i PID rodzica.

2. Zademonstruj w jaki sposób mogą powstać w systemie procesy zombie.

3. Napisz program, który stworzy dwa procesy. Proces macierzysty powinien poczekać

na wykonanie procesu potomnego i zbadać status jego wyjścia.

4. Napisz program, który w zależności od wartości argumentu podanego w linii poleceń

wygeneruje odpowiednią liczbę procesów potomnych, które będą się wykonywały

współbieżnie. Każdy z procesów potomnych powinien wypisać 4 razy na ekranie

swój PID, PID swojego rodzica oraz numer określający, którym jest potomkiem

rodzica (1, 2, 3 ...), a następnie usnąć na tyle sekund, ile wskazuje ten numer

(pierwszy – 1 sekunda, 2 – dwie sekundy, trzeci - 3 sekundy). Proces macierzysty

powinien poczekać na zakończenie wykonania wszystkich swoich potomków.

5. Napisz dwa programy. Program pierwszy stworzy dwa procesy, a następnie

program procesu potomnego zastąpi programem drugim.

6. Napisz program, który wyśle do siebie sygnał SIGALRM i obsłuży go.

7. Napisz program, który stworzy dwa procesy. Proces rodzicielski wyśle do potomka

sygnał SIGINT (można go wysłać „ręcznie” naciskając na klawiaturze równocześnie

Ctrl + C). Proces potomny powinien ten sygnał obsłużyć za pomocą napisanej przez

Ciebie funkcji.

8. Napisz cztery osobne programy. Każdy z nich powinien obsługiwać wybrany przez

Ciebie sygnał. Pierwszy z procesów będzie co sekundę wysyłał sygnał do drugiego

procesu, drugi proces pod odebraniu sygnału powinien wypisać na ekranie

komunikat, a następnie przesłać sygnał do procesu trzeciego. Proces trzeci powinien

zachowywać się podobnie jak drugi, a proces czwarty powinien jedynie wypisywać

komunikat na ekranie. Odliczanie czasu w pierwszym procesie należy zrealizować

za pomocą SIGALARM.

9. Napisz program, który udowodni, że obszar danych jest współdzielony między

procesem potomnym i macierzystym do chwili wykonania modyfikacji danych przez

jednego z nich.

10. Ze względów bezpieczeństwa zaleca się, aby w ramach funkcji obsługującej sygnał

wykonywane były tylko proste czynności, jak np. ustawienie flagi informującej

SO2_instrukcja_2.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: