UNIX - LINUX. Prozesse. Überblick. Prozesse: Start. Prozesszustände. Prozesskontrollblock (Prozesssteuerblock) Prozesszustände

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1 Überblick UNIX - LINUX Prozesse Prozesse sind neben Dateien das zweite wichtige Grundkonzept von UNIX Definition: Ein Prozess ist ein Programm in Ausführung Prozesse und Dateien Prozesse werden aus Programm-Dateien kreiert Prozesse lesen, schreiben Dateien (z.b. stdin, stdout, stderr) Prozesse kommunizieren über datei(ähnliche) Read/Write Syscalls Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 1 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 2 Prozesse: Start Prozesszustände Programmcode wird in den Hauptspeicher geladen und dann gestartet, d.h. der Programmcode wird analysiert der Prozessor beginnt unmittelbar mit der Abarbeitung der Maschinenbefehle, oder ein Laufzeitumgebung (Interpreter, Run -Time- Environment) wird mit dem Programm parametrisiert und gestartet Prozesse laufen in geschützten Bereichen Prozessorzeitscheiben werden durch Scheduler (Teil des Kernels) dynamisch zugewiesen aktiv: Prozess ist aktiv (running), wird gerade von der/einer CPU bearbeitet bereit: Prozess wartet (nur) auf eine CPU blockiert: wartet auf ein Ereignis, z.b. auf Benutzereingabe Zeitsignal Betriebsmittel aus anderem Prozess Semaphore Verwaltung von Prozessen in Warteschlangen Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 3 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 4 Prozesszustände Prozesskontrollblock (Prozesssteuerblock) Dispatcher Scheduler bereit Dispatch Timerrunout aktiv Block blockiert PCB = process control block, Datenstruktur zur Verwaltung von Prozessinformationen momentaner Prozesszustand PID (process identification), eindeutige Prozesskennung ( ) Priorität Hauptspeicheradresse vom Prozess reservierte Ressourcen (Drucker, Dateien,..) Wakeup Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 5 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 6 1

2 Kommando ps : PCB-Infos Prozesszustand (ps) hoeding@fwil588:~ > ps -l F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD 004 S read_c tty3 00:00:00 bash 002 S nanosl pts/1 00:00:00 soffice.bin 002 S do_sel pts/1 00:02:18 kmail 004 S wait4 pts/2 00:00:00 su 000 S read_c pts/2 00:00:00 bash 000 S do_sel pts/1 00:04:37 konqueror 000 S do_sel pts/1 00:00:01 telnet 004 S wait4 pts/10 00:00:00 bash 000 R pts/10 00:00:00 ps PID Priorität wait-ereignis verbr. Prozessorzeit Nutzer Parent-PID Prozessgröße Prozesszustand zug. Terminal Kommando Prozesszustand Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 7 Prozesszustand F 00 =beendet 01 = Systemprozess, immer im Hauptspeicher 02 = durch Elternprozess gesteuert 04 = gestoppt durch Signal (kill) von Vater 08 = im Hauptspeicher 10 = im Hauptspeicher, wartend Prozesszustand S 0 = running, aktiv S = sleeping, blockiert, wartet auf Ereignis R = runnable, bereit Z = gerade beendet, zombie Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 8 ps - Optionen ps = process status -e: alle Prozesse (sonst nur eigene Prozesse) -f: full listing -l: long format f: (ps f) (forest) ASCII-Anzeige der Hierachie hoeding@fwil588:~ > ps f PID TTY STAT TIME COMMAND pts/2 S 0:00 su - hoeding pts/2 S 0:00 -bash pts/1 S 0:00 su - hoeding pts/1 S 0:00 -bash pts/1 R 0:32 \_ /opt/office52/program pts/1 S 0:00 \_ /opt/office52/ pts/1 S 0:00 \_ /opt/office52/ pts/1 S 0:00 \_ /opt/office52/ pts/1 S 0:00 \_ /opt/office52/ pts/1 S 0:00 \_ /opt/office52/ pts/1 S 0:00 \_ /opt/office52/ 5653 pts/1 S 4:37 \_ konqueror 1302 pts/1 S 0:01 \_ telnet pts/3 S 0:00 su - hoeding 5824 pts/3 S 0:00 -bash pts/3 S 0:00 \_ telnet pts/11 S 0:00 -bash 5146 pts/11 R 0:00 ps f 1119 tty3 S 0:00 -bash pts/1 S 2:18 kmail Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 9 Prozesse als Hierarchie Prozesse starten Prozesse Vater/Mutter/Eltern-Prozess startet Tochter/Sohn/prozess init [pid=1] : ist der erste Prozess eines jeden Unix- Systems, d.h. Urahne aller Prozesse jeder Elternprozess kann viele prozesse haben jeder prozess hat genau einen Elternprozess Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 10 B F A C G D E H I Prozesse als Hierarchie Elementare Prozesskommandos pstree = Prozesshierarchie anzeigen (ab Wurzel) pstree 3231 = Prozesshierarchie ab PID=3231 anzeigen hoeding@fwil588:~ > pstree init-+-atd -bdflush -cron -dhcpcd -inetd---in.telnetd---login---bash---pstree -kapm-idled -14*[kdeinit] -kdeinit-+-kdeinit -kdeinit-+-bash---su---bash-+-konqueror -soffice ` -telnet `-bash---su---bash -kdeinit-+-bash---su---bash---telnet `-bash---telnet -2*[kdeinit---bash] Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 11 fork = gabeln, erzeugt prozess als identische Kopie eines Vaters exec = Ausführung eines neuen Programm anstelle des aktuellen Prozess, d.h. Prozess wird ersetzt sleep = Prozess suspendiert sich selbst, geht in den Zustand blockiert und wartet auf Timer-Ereignis kill = Signal an Prozess senden wait = Vater wartet auf Beendigung eines es exit = Freiwillige Selbstbeendung in Shell und/oder in C-Programm C-Programm zur Illustration der elementaren Prozesskommandos fork und exec Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 12 2

3 Elementare Prozesskommandos Vater existiert [pid:232] erzeugt mit fork einen (zwei) Kopie(n) (Clone-Zwilling) [pid:233 bzw 234] er sind identisch, führen den selben Code aus wie Vater (evtl. ifverzweigte Alternative) [pid=233] führt exec mit neuem -Code aus, d.h Prozess ersetzt Vater-Code fork() PID:233 PID:232 Vater exec(kindcode) PID:233 print fork() PID:234 Exkurs: C-Programmierung C-Programm zur Illustration der elementaren Prozesskommandos fork und exec Übersetzung: gcc o kindcode kindcode.c #include <sys/types.h> #include <unistd.h> Import von Header-Dateien, Datentype-Definitionen liefert PID c-hauptprogramm int main( int argc, char *argv[]){ double f,s; printf ("Ich bin ein neues -Programm [%i]\n",getpid()); for (f=0.1;f<50000; f=f ) { s = f; for (f=0.1;f<50000; f=f ) { s = f; Prozess suspendiert sich selbst für 5 Sekunden Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 13 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 14 Exkurs: C-Programmierung #include <sys/types.h> #include <unistd.h>int main( int argc, char *argv[]) { int i,pid; double f,s; printf("hallo Welt\n"); 5 mal clonieren (ret von fork() im Vater = pid des e im = 0 for (i=0;i<5; i++) { if (pid=fork()) { printf ("Ich bin der Vater - mein [%i]\n",pid); for (f=0.1;f<50000; f=f ) { s = f; Vater-Zweig else for (i=0;i<5; i++) { -Zweig printf ("Ich bin das [%i]\n",pid); pid = execv("kindcode",argv); for (f=0.1;f<50000; f=f ) { s = f; ; starten des neuen -Prozess wird nie ausgeführt Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 15 Prozesse: fork und exec am Beispiel Vater erzeugt 5 er im 5 Sekunden- Abstand, meldet - PID er mit Vater Code melden sich mit fork- Ergebnis = 0 er überschreiben sich mit kindcode, melden sich mit eigener PID hoeding@fwil588:~/c_dev > vater Hallo Welt Ich bin der Vater - mein [5239] Ich bin ein neues -Programm [5239] Ich bin der Vater - mein [5240] Ich bin ein neues -Programm [5240] Ich bin ein neues -Programm [5241] Ich bin der Vater - mein [5241] Ich bin der Vater - mein [5242] Ich bin ein neues -Programm [5242] Ich bin ein neues -Programm [5243] Ich bin der Vater - mein [5243] hoeding@fwil588:~/c_dev ># Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 16 Prozesse: fork und exec am Beispiel Prozesse beobachten: top Vater erzeugt 5 er: Zwischenzustand hier blockierter Vater, 2 blockierte er, 2 er in Beendigung Zombies (Untote) hoeding@fwil588:~ > pstree 5293 vater---2*[kindcode] hoeding@fwil588:~ > ps F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD 000 S nanosl pts/11 00:00:00 vater 001 Z do_exi pts/11 00:00:00 kindcode<defunc> 001 Z do_exi pts/11 00:00:00 kindcode<defunc> 000 S nanosl pts/11 00:00:00 kindcode 000 S nanosl pts/11 00:00:00 kindcode 000 R pts/10 00:00:00 ps 5293 pts/ hoeding@fwil588:~ > Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 17 top zeigt aktuellen Systemzustand und die aktivsten Prozesse an 11:04am up 37 days, 23:28, 4 users, load average: 0.00, 0.00, processes: 125 sleeping, 2 running, 1 zombie, 0 stopped CPU states: 1.1% user, 0.7% system, 0.0% nice, 98.0% idle Mem: K av, K used, 2872K free, 0K shrd, 61340K buff Swap: K av, K used, K free K cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME CO MMAND 5365 hoeding R :00 top 5366 hoeding S :00 vater 5368 hoeding S :00 kindcode 5369 hoeding S :00 kindcode 1 root S :05 init 2 root SW :00 keventd 3 root SW :00 kapm-idled 4 root SWN :02 ksoftirqdiq 5 root SW :01 kswapd Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 18 3

4 Prozesse kontrollieren: Signale = kill Prozesse kontrollieren in der Shell kill Senden eines Signals an einen Prozess Syntax: kill [-s SIGNALNR] pid Signale sind Mittel zur effektiven Interprozesskommunikation Prozess behandelt Signal oder wird abgebrochen deshalb kill pid oft wirksam zur Beendigung eines Programms Spezielle Signale: 2 = SIGINT 4 = SIGQUIT 9 = SIGKILL (echtes kill, kann nicht abgefangen werden, Erzwingt Beendigung des Prozess) Prozesse können aus der Shell interaktiv bzw. durch Kommandos gesteuert werden Wichtige Tasten: Ctrl-S: Stoppen der Ausgabe (Ctrl-Q: Fortsetzung der Ausgabe) Ctrl-D: Beenden der Eingabe (oft Prozessende, z.b. bei mail) Ctrl-C: Beendigung Ctrl-Z: Suspendierung Starten im Hintergrund mit & z.b. emacs &, tuxeyes & unproblematisch weil diese Programme in eigenem Fester (X) ablaufen Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 19 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 20 Prozesse kontrollieren: bg und fg Prozesse kontrollieren: nice und nohup Mit Ctrl-Z suspendierte Prozesse können reaktiviert werden: bg: (background) Fortsetzung im Hintergrund fg: (foreground) Fortsetzung im Fordergrund hoeding@fwil588:~ > ping Starten von ping PING ( ): 56 data bytes 64 bytes from : icmp_seq=0 ttl=248 time=6.713 ms 64 bytes from : icmp_seq=1 ttl=248 time=6.249 ms [1]+ Stopped ping hoeding@fwil588:~ > bg 1 Stoppen mit ctrl-d [1]+ ping & Fortsetzen im Hintergrund hoeding@fwil588:~ > 64 bytes from : icmp_seq=2 ttl=248 time=6.708 ms ls Shell ist frei: Eingabe von Kommando ls + Ausgabe HCC_Praxis.doc db_java lehre public_html waedc2001 KDesktop fraunhofer.sdw nsmail scptest cw intro.sdd pubhtml.gz wae11okt.tgz hoeding@fwil588:~ > 64 bytes from : icmp_seq=12 ttl=248 time=6.574 m s ping läuft fleißig weiter bytes from : icmp_seq=13 ttl=248 time=6.396 ms 64 bytes Dr. Michael from Höding : icmp_seq=14 Unix-Linuxttl=248 time=5.969 ms Prozesse 21 nice = Prozesse mit niedriger Priorität ablaufen lassen Prozess bekommt CPU nur, wenn kein Prozess mit höherer Priorität bereit/wartend ist nohup = Prozess nach Abmelden vom System weiterlaufen lassen Für langlaufende Prozesse, z.b. umfangreiche Kompilierungen oder automatisches Download aus dem Netz Für eigene Deamons, z.b. -Client oder Agenten Ausgabe by default in nohup.out geschrieben Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 22 Interprozesskommunikation (Überblick) IPC mit Signalen am Beispiel exit-status: Übergabe von Statusinformationen nach Beendigung eines es nur ein Byte steht zur Verfügung 0 bedeutet (meist) OK Dateien Pipes Kommunikationsrohre, FIFO-Puffer im Hauptspeicher in der Shell durch Operator: ls wc w Behandlung wie Dateien Signale: Standardsignale siehe signal.h Shared Memory: Kommunikation über gemeinsamen Speicher Signal 16 = SIGUSR1 und SIGTERM (Ctrl-C) werden abgefangen und durch signal-behandeln behandelt #include <signal.h> void signal_behandeln(int signr) { printf ("Signal %i abgefangen\n", signr); int main(void){ Ausgabe der Nr. der abgef. Signale signal (SIGINT, signal_behandeln); signal (16, signal_behandeln); while (1); return (0); Signal-Handler anmelden Endlosschleife Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 23 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 24 4

5 IPC mit Signalen am Beispiel Prozesse: Zusammenfassung Signal 16 = SIGUSR1 und SIGTERM (Ctrl-C) werden abgefangen und durch signal-behandeln behandelt hoe@588:~/c_dev > cc -o signal_behandeln signal_behandeln.c hoe@588:~/c_dev > signal_behandeln & [1] 5561 im Hintergrund starten hoe@588:~/c_dev > ps PID TTY TIME CMD 5561 pts/10 00:00:01 signal_behandel 5562 pts/10 00:00:00 ps Signal 16 an Prozess senden hoe@588:~/c_dev > kill -s hoe@588:~/c_dev > Signal 16 abgefangen Ausgabe des Signal-Handlers hoe@588:~/c_dev > Prozesse:=laufende Programme sind Grundlage jedes Unix-Systems PCB Datenstruktur mit Prozessinformationen PID Prozessidentifikator Status: aktiv, bereit, blockiert (sleeping) Prozesse in Prozesshierarchie organisiert Urprozess = unix mit PID = 0 init mit PID = 1 Aufbau der Prozesshierarchie mit fork() und exec() Wichtige Kommandos: ps, top, kill, bg, fg, & Prozesse in der Shell steuern mit ctrl-s, ctrl-q,ctrl-z, ctrl-c Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 25 Dr. Michael Höding Unix-Linux Prozesse 26 5