Лекции в ворде (1115146), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

3. В этом же каталоге находятся команды, которые позволяют изменять пароли пользователя (исполняемый файл passwd), позволяют «примонтировать» к файловой системе локальные файловые системы и отбазировать эти же локальные системы, позволяют запускать процесс тестирования и коррекции файловой системы. Этот процесс проверяет файловую систему по некоторому набору признаков, например, множество свободных файлов должно при объединении с множеством занятых файлов давать все множество файлов. И так далее.

Каталог BIN. В этом каталоге находится подавляющее число стандартных команд системы, доступных пользователю.

Каталог MNT. Это каталог, к которому можно «примонтировать» локальные файловые системы. До сегодняшнего дня мы считали, что файловая система размещена на одном устройстве, но реально это не так. Имеется основная файловая система на системном устройстве, и имеется произвольное (в разумных пределах) количество локальных файловых систем, которые монтируются к системе с помощью некоторой команды. Корнем локальной файловой системы будет каталог MNT.

Каталог DER. В этом каталоге размещаются файлы, ассоциированные с конкретными драйверами внешних устройств, например, драйверы консоли, линейной печати и т.д. Вы помните, что файлы, ассоциированные с драйверами внешних устройств, в ИД, который ассоциирован с их именем, имеют признак того, что это файл-устройство, и также имеют в ИД ссылки на соответствующие таблицы драйверов. Эти файлы не имеют содержимого.

Каталог USR. Этот каталог имеет подкаталог LIB, в котором обычно находятся библиотеки, реализующие некоторые групповые функции, предоставляемые пользователю, в т.ч. Си-компилятор с соответствующими библиотеками поддержки.

Также, здесь имеется подкаталог BIN (/USR/BIN), в котором размещаются администратором системы дополнительные «домотканные» команды, потому что их размещение в каталоге /BIN считается некорректным.

Подкаталог INCLUDE. Вы помните, как выглядит строка include <stdio.h>. Эта строка дает команду препроцессору Си взять файл из каталога /USR/INCLUDE. Этот каталог имеет свои подкаталоги, и для нас интересен подкаталог SYS (/USR/INCLUDE/SYS). В нем находятся include-файлы, ассоциированные с системными возможностями, в частности signal.h - это перечисление тех сигналов, которыми могут обмениваться два процесса.

Итак, мы закончили описание файловой системы, и можем заключить, что файловая система UNIX иерархическая, многопользовательская. Файловая система UNIX имеет глубокую, многоярусную буферизацию при обменах с реальными устройствами. Файловая система UNIX является информационной основой функционирования операционной системы. Это расширяемая файловая система, при этом сохраняется ее целостность, т.е. при этом всегда существует единственный путь от ее корня до любого узла (или листа). Файловая система UNIX, с точки зрения логической организации файлов, имеет свою понятную и прозрачную структуру. Это накладывает определенные условия на администрацию системы, т.к. имеются проблемы координации прав доступа к различным компонентам файловой системы, имеются проблемы размещения новой информации в пределах файловой системы.

Лекция №11

Управление процессами

Мы говорили о том, что вторым по значимости понятием в операционной системе (ОС) является понятие процесса. Процесс - сущность, которая определяется по-разному. Это может быть - “упорядоченный набор команд и принадлежащих ему ресурсов”. С точки зрения ОС UNIX, процесс - это объект, зарегистрированный в специальной таблице процессов. Структура этой таблицы следующая: она позиционна (как практически и все таблице в UNIX), то есть номер записи в таблице - есть идентификатор процесса “PID”. Формируются процессы с 0 до N-1, где N - предельное число процессов, которые система может одновременно обрабатывать. Это параметр настройки ОС.

Рассмотрим информативную нагрузку таблицы. В строке-записи таблицы находится ссылка на контекст процесса, там же находится ссылка на тело процесса. Телом процесса мы будем называть набор команд и данных, которыми оперирует процесс.

Контекст процесса - атрибут, который присутствует практически во всех ОС, в разных ОС он может называться по-разному. Контексты всех процессов размещаются в адресном пространстве ОС и содержат оперативную информацию о состоянии процесса и текущую информацию, связанную с процессом и его запуском.

Контекст содержит:

• номера пользователя и группы;

• указатель на индексный дескриптор текущего каталога;

• специфические условия работы процесса:

- обработка сигналов;

Рассмотрим это подробнее. В ОС UNIX каждый процесс может послать другому процессу некоторое воздействие, которое называют “сигнал”; соответственно, если процесс-отправитель имеет право передать сигнал процессу-получателю, то при выполнении передачи в последнем возникает событие, связанное с сигналом.

Это событие очень похоже на прерывание, возникающее в аппаратуре вычислительной системы. В ОС имеется набор сигналов, которые могут передавать друг другу процессы; перечень сигналов описан в файле “signal.h”. Отправитель может подать некоторым образом команду ОС, что он передает сигнал с заданным номером процессу-получателю, процесс-получатель может прореагировать на сигнал тремя способами: 1) прекращение выполнения, причиной которого является пришедший сигнал; 2) игнорирование сигнала (здесь следует отметить, что игнорировать можно далеко не все сигналы); 3) вызывается предопределенная процессом функция, которая может выполнить какие-то действия; возврат из этой функции осуществляется в точку прихода сигнала.

- информация об открытых в процессе файлах;

- информация о текущем состоянии процесса на случай его приостановки;

Останавливая выполнение процесса, ОС “упрятывает” в соответствующий контекст информацию, нужную для его продолжения: режимы программы в момент приостановки, состояние регистров, адрес точки прерывания.

Тело процесса, - как уже было сказано, можно представить в виде объединения сегмента текста (кода) и сегмента данных. Развитые ОС позволяют размещать сегменты текста и данных в различных, не зависящих друг от друга, местах оперативной памяти. Это хорошо, так как вместо одного большого куска памяти нам требуется два маленьких. Но еще лучше следующее - такая организация позволяет использовать сегмент кода повторно. В системе допускается существование еще одного процесса с собственным контекстом, сегментом данных, но у которого общий с другими процессами сегмент кода.

Если k пользователей вызывают один текстовой редактор, то в системе находится одна копия этого редактора и k копий сегмента данных и контекстов (копии, надо заметить, не идентичные). Это вещь полезная, так как отсюда сразу же можно увеличить “разум” планировщика откачки (он может, например, откачивать сегмент данных, а не сегмент текста).

Мы перечислили не все содержимое контекста, и в дальнейшем эта информация будет дополняться и уточняться.

Мы говорили, каким образом в UNIX-e можно создать копию текущего процесса, - это функция fork(), которая работает следующим образом:

fork( ): >0 PID сыновьего процесса (мы находимся в процессе-отце)

=0 (мы находимся в процессе-сыне)

=-1 произошла ошибка - невозможно создать новый процесс (остаемся в процессе-отце), эта ошибка может возникнуть при недостатке места в таблице процессов, при нехватке места в системных областях данных и т.п.

Система поддерживает родственные взаимоотношения между процессами, это означает, что существуют некоторые функции, характерные для работы с процессами, которые доступны только процессам, являющимся родственниками. При порождении сыновнего процесса с использованием fork() порожденный процесс наследует:

• Окружение - при формировании процесса ему передается некоторый набор параметров-переменных, используя которые, процесс может взаимодействовать с операционным окружением (интерпретатором команд и т.д.);

• Файлы, открытые в процессе-отце, за исключением тех, которым было запрещено передаваться специальным параметром при открытии;

• Способы обработки сигналов;

• Разрешение переустановки действующего идентификатора пользователя (это то, что связано с s-bit’ом)*

• Óñòàíîâëåííûé ðåæèì îòëàäêè - в ОС имеется возможность системными вызовами осуществлять отладку (профилирование) программы, в процессе может быть указано - разрешено или нет профилирование;

• Все присоединенные разделяемые сегменты памяти - у нас есть механизм управления разделяемыми ресурсами, и в качестве одного из разделяемых ресурсов может выступать оперативная память, в ней может быть выделен сегмент, к которому одновременно имеют доступ несколько процессов. При формировании сыновнего процесса эта часть памяти также будет унаследована;

• Текущий рабочий каталог и корневой каталог;

Не наследуется при создании нового процесса идентификатор процесса (почему - очевидно).

Возвращаясь к функции fork(), следует заметить, что она сама по себе бессмысленна, ибо применение такому созданию точной копии процесса найти весьма сложно. Поэтому функция fork() используется совместно с группой функций exec(...). Эта группа объединяет в себе функции, которые частью своего имени имеют слово “exec” è выполняют приблизительно одинаковые действия, îòëè÷àþùèåñÿ ëèøü äåòàëями (набором или интерпретацией параметров).

Суть функций exec() - в следующем: при обращении к ней происходит замена тела текущего процесса, оно заменяется в соответствии с именем исполняемого файла, указанного одним из параметров функции. Функция возвращает «-1», если действие не выполнено, и код, отличный от «-1», если операция прошла успешно. Здесь следует отметить следующий факт - в UNIX-е при работе с системными вызовами иногда возникают диагностические сообщения в виде кода ответа, которые невозможно разделить на конкретные причины, вызвавшие возвращение этого кода. Примером этого являются коды “-1” для fork() и exec(...). Для того чтобы обойти это неудобство, следует включить в программу файл “errno.h”, и после этого при возникновении отказов в выполнении системных вызовов в переменной “errno” будет код конкретной причины отказа выполнения заказа. Всевозможные коды отказа описаны в самом “errno.h”.

Давайте приведем небольшой пример. Мы напишем программу, которая будет запускать файлы, имена которых перечислены при вызове.

main(argc, argv)

int argc;

char *argv;

{ int i, pid;

for (i=1; i<argc; i++) {

if (pid=fork()) continue; /* отец */

execlp(argv[i], argv[i], (char *) 0);

}

}

Здесь, если pid=0, мы замещаем тело процесса-сына процессом, имя файла которого нам передается в качестве параметра. Если же pid>0, то есть мы находимся в процессе-отце, то продолжаем создавать сыновние процессы, пока есть аргументы.

В качестве иллюстрации работы fork() можно привести следующую картинку:

Здесь процесс с PID=105 создается процессом с PID=101.

Также следует отметить, что если убивается процесс-отец, то новым отцом становится 1-ый процесс ОС.

Связка fork/exec по своей мощности сильнее, чем, если бы была единая функция, которая сразу бы создавала новый процесс и замещала бы его содержимое. Fork/exec позволяют вставить между ними еще некоторую программу, которая будет содержать какие-то полезные действия.

Мы начали рассматривать организацию процессов. Мы на пальцах показали, как размещается информация в ОС. В принципе, вся информация, которая отражает оперативное состояние ОС, а также программы ОС, которые управляют этой информацией и наиболее важными устройствами, составляют ядро ОС.

Ядро ОС - программа, функцией которой является управление базовыми объектами системы (для UNIX-а это два объекта - файл и процесс). Ядро в своем теле размещает необходимые таблицы данных. Ядро считается некоторой неразделяемой частью ОС. Оно обычно работает в режиме супервизора, все остальные функции ОС могут работать и в других режимах.

Лекция №12

На прошлой лекции мы начали говорить о процессах в операционной системе UNIX. Можно однозначно сказать о том, что процессы и механизмы управления процессами в операционной системе - это одна из принципиальных особенностей операционной системы UNIX, т.е. тех особенностей, которые отличали систему при создании и отличают ее до сих пор. Более того, несмотря на старания господина Гейтса, ситуация такова, что он повторяет те программные интерфейсы, которые используются для взаимодействия управления процессами, а не фирмы разработчики UNIX-ов повторяют те интерфейсы, которые появились в Windows. Первенство операционной системы UNIX очевидно.

Мы говорили о том, что процесс в UNIX-е - это есть нечто, что зарегистрировано в таблице процессов. Соответственно каждая запись в таблице процессов имеет номер. Номера идут от нуля до некоторого предельного значения, которое предопределено при установке системы. Номер в таблице процессов - это есть, так называемый, идентификатор процесса, который в системе обозначается PID. Соответственно, подавляющее большинство действий, которые можно выполнить с процессом, выполняются при помощи указания идентификатора процесса. Каждый процесс характеризуется контекстом процесса. Это блок данных, характеризующий состояние процесса, в том числе в этом блоке данных указывается информация об открытых файлах, о правилах обработки событий, возникающих в процессе. В этом наборе данных хранится информация, которая образуется при полном «упрятывании» процесса при переключении системы с процесса на процесс. То есть когда происходит по той или иной причине переключение выполнения с одного процесса на другой, для того чтобы можно было восстановить работу процесса, некий набор данных размещается в контексте процесса. Этот набор данных заключает в себе содержимое регистровой памяти, некоторые режимы, которые установила программа и в которые вмешался процессор (например, содержимое регистра результата), точку возврата из прерывания. Плюс - контекст содержит много полезной информации, о которой мы будем говорить позже.

Характеристики

Список файлов лекций