Н.В. Вдовикина, А.В. Казунин, И.В. Машечкин, А.Н. Техехин - Системное программное обеспечение - взаимодействие процессов, страница 8

Стандарт POSIX допускает и вариант, когда системныйвызов не перезапускается, при этом системный вызов вернет –1, а впеременнойerrnoустанавливаетсязначениеEINTR,сигнализирующее о данной ситуации.4Существуют и исключения из этого правила. Далее в этом пособии, рассказывая осистемных вызовах, мы будем оговаривать такие исключения особо.404.3 Порождение новых процессов.Для порождения новых процессов в UNIX существует единаясхема, с помощью которой создаются все процессы, существующиев работающем экземпляре ОС UNIX, за исключением процессов сPID=0 и PID=15.Для создания нового процесса в операционной системе UNIXиспользуется системный вызов fork().#include <sys/types.h>#include <unistd.h>pid_t fork(void);При этом в таблицу процессов заносится новая запись, ипорожденный процесс получает свой уникальный идентификатор.Для нового процесса создается контекст, большая частьсодержимого которого идентична контексту родительскогопроцесса, в частности, тело порожденного процесса содержит копиисегментов кода и данных его родителя.

Кроме того, в порожденномпроцессе наследуется (т.е. является копией родительской):окружение - при формировании процесса емупередается некоторый набор параметров-переменных,используя которые, процесс может взаимодействовать соперационным окружением (интерпретатором команд ит.д.);- файлы, открытые в процессе-отце, за исключениемтех, которым было запрещено передаваться процессампотомкам с помощью задания специального параметрапри открытии.

(Речь идет о том, что в системе приоткрытии файла с файлом ассоциируется некоторыйатрибут, который определяет правила передачи этогооткрытого файла сыновним процессам. По умолчаниюоткрытые в «отце» файлы можно передавать«потомкам», но можно изменить значение этогопараметра и блокировать передачу открытых в процессеотце файлов.);-способы обработки сигналов;разрешение переустановки эффективногоидентификатора пользователя;5Эти процессы создаются во время начальной загрузки системы, механизм которойбудет подробно рассмотрен ниже41-разделяемые ресурсы процесса-отца;-текущий рабочий каталог и домашний каталоги-и т.д.Не наследуются порожденныматрибуты родительского процесса:процессомследующие- идентификатор процесса (PID)- идентификатор родительского процесса (PPID)- сигналы, ждущие доставки в родительский процесс- времяпосылкипредупреждающегосигнала,установленное системным вызовом alarm() (впорожденном процессе оно сбрасывается в нуль)- блокировки файлов, установленные родительскимпроцессомПо завершении системного вызова fork() каждый изпроцессов – родительский и порожденный – получив управление,продолжат выполнение с одной и той же инструкции одной и той жепрограммы, а именно с той точки, где происходит возврат изсистемного вызова fork().

Вызов fork() в случае удачногозавершения возвращает сыновнему процессу значение 0, ародительскому PID порожденного процесса. Это принципиальноважно для различения сыновнего и родительского процессов, так каксегменты кода у них идентичны. Таким образом, у программистаимеется возможность разделить путь выполнения инструкций в этихпроцессах.В случае неудачного завершения, т.е.

если сыновний процессне был порожден, системный вызов fork() возвращает –1, кодошибки устанавливается в переменной errno.42PID = 2757сегмент кодаmain(){…if(pid=fork())>0){…}else{…}}fork()PID = 2757PID = 2760сегмент кодаmain(){…if(pid=fork())>0){…}else if (pid==0){…}}сегмент кодаmain(){…if(pid=fork())>0){…}else if (pid==0){…}}Предок: выполнятсяоператоры в if-секцииПотомок: выполнятсяоператоры в else-секцииРис. 9 Выполнение системного вызова fork()Пример 1.

ПорождениеИдентификаторы процессов.сыновнегопроцесса.#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv){printf("PID=%d; PPID=%d \n",getpid(),getppid());/*печать PIDпредка */текущего процесса и PID процесса-fork();/*создание нового процесса, с этого момента двапроцесса функционируют параллельно и независимо*/printf("PID=%d; PPID=%d \n",getpid(),getppid());/*оба процесса печатают PIDпроцесса-предка*/43текущего процесса и PIDreturn 0;}В этом примере оба процесса узнают свой собственныйидентификатор процесса с помощью вызова getpid(), аидентификатор родительского процесса – с помощью вызоваgetppid().Следуетотметитьдвамомента,связанныхсфункционированиемдвухпроцессов.Во-первых,нельзяопределенно сказать, в каком порядке будет происходить печать смомента появления двух процессов – это будет определятьсяпланировщиком процессов.

Во-вторых, ответ на вопрос - какойидентификатор родительского процесса распечатает вновьсозданный процесс, если процесс-предок завершит свою работураньше, будет приведен несколько ниже.Пример 2. ПорождениеОдновременное выполнение.сыновнегопроцесса.Программа создает два процесса – процесс-предокраспечатывает заглавные буквы, а процесс-потомок строчные.#include <sys/types.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv){char ch, first, last;int pid;if((pid=fork())>0){/*процесс-предок*/first =’A’;last =’Z’;}else{/*процесс-потомок*/first =’a’;last =’z’;}44for (ch = first; ch <= last; ch++){write(1,&ch,1);}return 0;}Оба процесса распечатывают буквы одним и тем жеоператором for.

Оба процесса имеют возможность получитьуправление, таким образом любой из них может начать исполнениепервым.4.4 Механизм замены тела процесса.Семейство системных вызовов exec()6 производит заменутела вызывающего процесса, после чего данный процесс начинаетвыполнять другую программу, передавая управление на точку еевхода. Возврат к первоначальной программе происходит только вслучае ошибки при обращении к exec(), т.е. если фактическойзамены тела процесса не произошло.Заметим, что выполнение “нового” тела происходит в рамкахуже существующего процесса, т.е.

после вызова exec() сохраняетсяидентификатор процесса, и идентификатор родительского процесса,таблица дескрипторов файлов, приоритет, и большая часть другихатрибутов процесса. Фактически происходит замена сегмента кодаи сегмента данных. Изменяются следующие атрибуты процесса:- диспозициясигналов:длясигналов,которыеперехватывались, после замены тела процесса будетустановлена обработка по умолчанию, так как в новойпрограмме могут отсутствовать указанные функцииобработчики сигналов;- эффективные идентификаторы владельца и группы могутизмениться, если для новой выполняемой программыустановлен s-бит- перед началом выполнения новой программы могут бытьзакрыты некоторые файлы, ранее открытые в процессе. Этокасается тех файлов, для которых при помощи системного6Существует шесть различных системных вызовов exec(), отличающихся параметрами,которые будут описаны ниже.45вызова fcntl() был установлен флаг close-on-exec.Соответствующие файловые дескрипторы будут помеченыкак свободные.PID = 2757PID = 2757main(){…execl(“/bin/ls”, ”ls”,”-l”, (char*)0);…}exec()main(){// реализация программыls}Рис.

10 Выполнение системного вызова exec()Ниже представлены прототипы функций семейства exec():#include <unistd.h>int execl(const char *path, char *arg0,…);int execlp(const char *file, char *arg0,…);int execle(constchar **env);char*path,char*arg0,…,constint execv(const char *path, const char **arg);int execvp(const char *file, const char **arg);int execve(const char *path, const char **arg, constchar **env);Первый параметр во всех вызовах задает имя (краткое илиполное путевое) файла программы, подлежащей исполнению.

Этотфайл должен быть исполняемым файлом (в UNIX-системах этоможет быть также командный файл (сценарий) интерпретатора shell,но стандарт POSIX этого не допускает), и пользователь-владелецпроцесса должен иметь право на исполнение данного файла. Дляфункций с суффиксом «p» в названии имя файла может бытькратким, при этом при поиске нужного файла будет использоватьсяпеременная окружения PATH.Далее передаются аргументы командной строки для вновьзапускаемой программы, которые отобразятся в ее массив argv – ввиде списка аргументов переменной длины для функций ссуффиксом «l» либо в виде вектора строк для функций с суффиксом«v».

В любом случае, в списке аргументов должно присутствоватькак минимум 2 аргумента: имя программы, которое отобразится вэлемент argv[0], и значение NULL, завершающее список.В функциях с суффиксом «e» имеется также дополнительныйаргумент, описывающий переменные окружения для вновь46запускаемой программы – это массив строк вида name=value,завершенный значением NULL.Пример 3. Запуск на выполнение команды ls.#include <unistd.h>#include <stdio.h>int main(int argc, char **argv){…/*тело программы*/…execl(“/bin/ls”,”ls”,”-l”,(char*)0);/*или execlp(“ls”,”ls”, ”-l”,(char*)0);*/printf(“это напечатается в случае неудачногообращения к предыдущей функции, к примеру, если небыл найден файл ls \n”);…}В данном случае второй параметр – вектор из указателей напараметры строки, которые будут переданы в вызываемуюпрограмму.