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1 4. Übungsstunde Betriebssysteme (BTS) Christian Baun Hochschule Mannheim Fakultät für Informatik Institut für Betriebssysteme

2 Wiederholung vom letzten Mal Prozesse in den Hintergrund schicken (bg) Prozesse in den Vordergrund holen (fg) Prozesse beenden (kill und killall) Prozesse anzeigen (ps) Prozessprioritäten festlegen und ändern (nice und renice) Prozessvererbung anzeigen (pstree) Prozesse/Kommandos verknüpfen mit Pipes ( ) Wildcards (?, *, [],! und ^) Umleiten von Ein- und Ausgaben (< und >) Bytes, Zeichen, Wörter und Zeilen zählen (wc) Umgebungsvariablen anzeigen (env und printenv) Umgebungsvariablen setzen und löschen (export, set, unset) Dateien suchen und finden (find, locate, whereis und which) Emacs 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 2

3 Heute Einführung für Linux/UNIX-Anwender (Teil 4) Zeitgesteuerte Kommandoausführung mit cron System- und Prozessüberwachung mit top Praktische Übung Besprechung der Aufgabe Tipps zur Lösung und Implementierung 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 3

4 Kommandos zeitgesteuert ausführen mit cron Der Dämon cron ist ein Dienst zur zeitgesteuerten Jobsteuerung. Perfekt geeignet für regelmäßige, wiederkehrende Aufgaben. Beispiele für typische cron-aufgaben: Inhalts von \tmp in festen Abständen löschen. Regelmäßige Backups von bestimmten Verzeichnissen. Erinnerungs- vor dem Geburtstag wichtiger Menschen. Die auszuführenden Befehle stehen in einer Tabelle, der Crontabelle. Jeder Benutzer hat eine eigene Crontabelle. Die eigene Crontabelle bearbeitet man mit dem Kommando crontab. crontab -l crontab -e crontab -r Die crontab eines Benutzers ausgeben lassen (list). Die crontab eines Benutzers bearbeiten (edit). Die komplette crontab eines Benutzers löschen (remove). 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 4

5 Kommandos zeitgesteuert ausführen mit cron (2) Das Kommando crontab ruft einen Editor auf (Standardmäßig vi) und öffnet die eigene Crontabelle. Soll die Crontabelle mit einem alternativen Editor geöffnet werden, muss die Umgebungsvariable EDITOR gesetzt sein und den Namen und eventuell Pfad des alternativen Editors enthalten. export EDITOR=/usr/bin/joe Der Systemadminstrator kann die Crontabellen aller Benutzer einsehen, ändern und löschen. = crontab -u Benutzername Beispiel: Crontabelle des Benutzers Student ausgeben: server:~# crontab -u Student -l 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 5

6 Syntax der Crontabelle Die Crontabelle besteht aus 6 Spalten. Die ersten fünf Spalten legen den Ausführungszeitpunkt des Kommandos fest. In der sechsten Spalte ist das auszuführende Kommando. Die Spalten werden durch Leerzeichen oder Tabulatoren getrennt: 1. Spalte: Minute (0-59 oder *) 2. Spalte: Stunde (0-23 oder *) 3. Spalte: Tag (1-31 oder *) 4. Spalte: Monat (1-12, Jan-Dec, jan-dec oder *) 5. Spalte: Wochentag (0-6, Sun-Sat, sun-sat oder *) 6. Spalte: Auszuführendes Kommando. Eventuell mit Pfad Einträge in der Crontabelle dürfen keine Zeilenumbrüche enthalten! Kommentare beginnen in der Crontabelle immer mit einer Raute #. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 6

7 Beispiele zu cron An jedem Werktag um 7:10 Uhr mit dem Lieblingslied wecken lassen: 10 7 * * 1,2,3,4,5 /usr/bin/mpg123 -b 1024 /pfad/zu/song.mp3 Inhalt von /tmp jeden Sonntag und Mittwoch um 13 Uhr löschen: 0 13 * * Wed,Sun rm -rf /tmp > /dev/null Der Zusatz > /dev/null legt fest, dass die Ausgabe des Jobs nicht per geschickt wird, sondern nach /dev/null weitergeleitet wird. Am 10. jeden Monats um 11:45 Uhr das Skript skript.sh aufrufen und die Ausgabe an die Datei mylog.log anhängen: * * /usr/bin/skript.sh >> /var/log/mylog.log 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 7

8 Systemressourcen und Prozesse überwachen top top [Option]... Das Kommando top hat eine ähnliche Funktionalität wie ps. Mit top überwacht man Rechen- und Speicherressourcen sowie Prozesse. Die Ausgabe von top wird automatisch alle 2 Sekunden aktualisiert. Der Zeitraum kann mit der Option -s <Sekunden> festgelegt werden. Die Ausgabe von top ist in zwei Abschnitte geteilt: 1. Fünf Kopfzeilen mit Informationen zur Uptime, mittleren Last, Anzahl der Prozesse, Speicherverbrauch, CPU- und SWAP-Auslastung, usw. 2. Tabelle der aktuell laufenden Prozesse mit Informationen zur PID, Benutzer, Priorität, Speicherverbrauch, CPU-Auslastung, Zeit seit Erstellung, Kommandonahme, usw. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 8

9 Einige Tastenkürzel von top Das Kommando top kennt viele Tastenkürzel. Einige hilfreiche sind: Leertaste Sofortige Aktualisierung der Ausgabe. c i l m t A M N P T W Umschalten zwischen Befehl und Kommandozeile. Inaktive Prozesse anzeigen oder ausblenden. Mittlere Last (load level) anzeigen oder ausblenden. Speicheranzeige anzeigen oder ausblenden. Anzeige der Prozess- und CPU-Zustände anzeigen oder ausblenden. Sortiert die Prozesse nach Alter (jüngster Job zuerst). Sortiert die Prozesse nach Speicherverbrauch. Sortiert die Prozesse nach Prozess-ID. Sortiert die Prozesse nach CPU-Belastung. Sortiert die Prozesse nach gelaufener Zeit. Schreibt die aktuellen Einstellungen nach ~/.toprc. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 9

10 Praktische Übung (BTS) Aufgabenstellung Ziel ist ein Echtzeitsystem zu schreiben, das aus vier Tasks besteht: 1. Conv liest Messwerte von A/D-Konvertern (Analog/Digital) ein. Er prüft die Messwerte auf Plausabilität, konvertiert sie gegebenfalls und schreibt sie in einen Speicherbereich Mess. Wir lassen Conv in Ermangelung eines physischen A/D-Konverters Zufallszahlen erzeugen. Diese müssen in einem bestimmten Bereich liegen, um einen A/D- Konverter zu simulieren. 2. Log liest die Messwerte des A/D-Konverters aus dem Speicherbereich Mess und schreibt sie in eine Datei auf der Festplatte. 3. Stat liest die Messwerte des A/D-Konverters aus dem Speicherbereich Mess und berechnet statistische Daten. Die statistischen Daten werden in einen Speicherbereich Statistik geschrieben. 4. Report greift auf den Speicherbereich Statistik zu und gibt die statistischen Daten auf dem Monitor, also in der Shell aus. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 10

11 Praktische Übung (BTS) Vorgaben Es sind einige Vorgaben aus der Aufgabenstellung zu beachten: Der Datenaustausch zwischen den vier Prozessen soll einmal mit Pipes, Message Queues und Shared Memory und Semaphore realisiert werden. Am Ende existieren drei Implementierungen des Programms. Die vier Prozesse Conv, Log, Stat und Report werden als Endlosprozesse realisiert. Das Programm kann mit der Tastenkombination Ctrl-c abgebrochen werden. = Signalhandler für das Signal SIGINT. Beim Beenden des Programms müssen alle belegten Betriebsmittel (Message Queues, Shared Memory, Semaphoren) freigegeben werden. Schriftliche Ausarbeitung mit Beschreibung und Quellcode der drei Implementierungsvarianten sowie Diskussion der Vor- und Nachteile. Die Funktionalität der Programme muss in der Übung demonstriert werden! 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 11

12 Synchronisationsbedingungen Bezüglich der Daten in den gemeinsamen Speicherbereichen gelten als Synchronisationsbedingungen: Conv muss erst in den gemeinsamen Speicherbereich Mess die Werte eintragen, bevor Log und Stat die Messwerte auslesen können. Stat muss erst Statistikdaten in Statistik eintragen, bevor Report die Daten aus Statistik lesen kann. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 12

13 Idee zu den Zufallszahlen Die Zufallszahlen, die im Task Conv erzeugt werden, um den 16 Bit A/D- Wandler zu simulieren, mit der Funktion rand() erzeugen. Wir wollen mit rand() einen 16 Bit A/D-Wandler mit einen Wertebereich von bis simulieren. Mögliche Lösung: rand() Zufallszahlen erzeugen lassen, die zwischen 0 und 1 liegen. Diese mit multiplizieren, und dann abziehen. Wichtig: Nicht vergessen den Zufallsgenerator mit srand() zu initialisieren, sonst ist die Zufallszahl immer gleich. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 13

14 Zufallszahlen erzeugen #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int main(void) { int Zahl=0; // Zufallsgenerator initialisieren srand((int) time(null)); // Zufallszahl berechnen Zahl = rand() / (RAND_MAX+1.0) * ; } printf("zufallszahl %d\n", Zahl); 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 14

15 Tips zur Implementierung - Beenden (1) Um die Pipe-Implementierungsvariante mit CTRL-c zu beenden, benötigt man einen Signalhandler. void log() {... signal(sigint, beendelog); // Signalhandler installieren... } Bei einer Aktivierung des Signalhandlers wird die Funktion beendelog aufgerufen, die den Dateizugriff schließt und das Programm beendet. void beendelog(int Sig) { fclose(datei); exit(0); } // Datei schliessen 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 15

16 Tips zur Implementierung - Pipes (1) Um eine Pipe zu erzeugen, muss erst ein eindimensionales Array mit zwei Integer-Werten erzeugt werden. Diese repräsentieren den einkommenden und ausgehenden Kanal. Danach kann mit pipe() eine neue Pipe erzeugt werden. int ConvStat[2], ConvLog[2], StatReport[2]; pipe(convstat); pipe(convlog); pipe(statreport); Eine Pipe kann immer nur zwischen zwei Prozessen tätig sein. Bei vier Prozessen brauchen wir also drei Pipes. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 16

17 Tips zur Implementierung - Pipes (2) Conv Conv Log Conv Stat Log Stat Stat Report Report 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 17

18 Tips zur Implementierung - Pipes (3) Eine Pipe kann in beide Richtungen benutzt werden. Vor jeder Benutzung muss die Richtung festgelegt werden. Der auf einer Pipe schreibende Prozess, muss die bei ihm ankommende Richtung (den Lesekanal) blockieren und der von der Pipe lesende Prozess muss die schreibende Richtung (den Schreibkanal) blockieren. Öffnen eines Lese- oder Schreibkanals: open(namederpipe[x]); Blockieren (schließen) eines Lese- oder Schreibkanals: close(namederpipe[x]); 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 18

19 Tips zur Implementierung - Pipes (4) Variable x enthält 0 (ankommender Kanal) oder 1 (weggehender Kanal). Ist ein Kanal geschlossen, kann mit write auf die Pipe geschrieben und mit read von der Pipe gelesen werden. write(namederpipe[x], Puffer, PufferLänge); read(namederpipe[x], Puffer, PufferLänge); In Puffer wird die zu übertragende Nachricht platziert und mit dem Parameter PufferLänge wird die Größe des zu übertragenden Puffers angeben. 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 19

20 Tips zur Implementierung - Message Queues Eine Message Queue wird mit msgget() angelegt. Die Funktion liefert eine ID zurück. msgid = msgget(keyname, MsgFlag); Mit msgsnd() kann eine Nachricht in eine Message Queue geschrieben werden und mit msgrcv() kann eine Nachricht aus einer Message Queue empfangen werden. msgsnd(msgid, &sendpuffer, laengepuffer, 0); msgrcv(msgid, &receivepuffer, laengepuffer, 1, 0); Mit msgctl() kann einen Message Queue geschlossen werden. msgctl(msgid, IPC_RMID, 0); 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 20

21 Tips zur Implementierung - Shared Memory Shared Memory wird mit shmget() angelegt. Die Funktion liefert eine ID zurück. shmid = shmget(keyname, Groesse, ShmFlag); Mit shmat() wird der Ringpuffer als gemeinsamer Speicher gebunden. shmat(shmid, SegmentAdresse, ShmFlag); Mit shmdtl() kann ein gemeinsamer Speicher wieder gelöst, also freigegeben werden. shmdt(shmid); 4.Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 21

22 Nächste Übung: Übung Betriebssysteme (BTS) Hochschule Mannheim Folie 22

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