Вордовские лекции (1115151), страница 11

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

Текст из файла (страница 11)

pid_t wait(int *status);

При обращении к этому вызову выполнение родительского процесса приостанавливается до тех пор, пока один из его потомков не завершится либо не будет остановлен. Если у процесса имеется несколько потомков, процесс будет ожидать завершения любого из них (т.е., если процесс хочет получить информацию о завершении каждого из своих потомков, он должен несколько раз обратиться к вызову wait()).

Возвращаемым значением wait() будет идентификатор завершенного процесса, а через параметр status будет возвращена информация о причине завершения процесса (путем вызова _exit() либо прерван сигналом) и коде возврата. Если процесс не интересуется это информацией, он может передать в качестве аргумента вызову wait() NULL-указатель.

Если к моменту вызова wait() один из потомков данного процесса уже завершился, перейдя в состояние зомби, то выполнение родительского процесса не блокируется, и wait() сразу же возвращает информацию об этом завершенном процессе. Если же к моменту вызова wait() у процесса нет потомков, системный вызов сразу же вернет –1. Также возможен аналогичный возврат из этого вызова, если его выполнение будет прервано поступившим сигналом.

После того, как информация о статусе завершения процесса-зомби будет доставлена его предку посредством вызова wait(), все оставшиеся структуры, связанные с данным процессом-зомби, освобождаются, и запись о нем удаляется из таблицы процессов. Таким образом, переход в состояние зомби необходим именно для того, чтобы процесс-предок мог получить информацию о судьбе своего завершившегося потомка, независимо от того, вызвал он wait() до или после его завершения.

Что происходит с процессом-потомком, если его предок вообще не обращался к wait() и/или завершился раньше потомка? Как уже говорилось, при завершении процесса отцом для всех его потомков становится процесс с идентификатором 1. Он и осуществляет системный вызов wait(), тем самым освобождая все структуры, связанные с потомками-зомби.

Часто используется сочетание функций fork()-wait(), если процесс-сын предназначен для выполнения некоторой программы, вызываемой посредством функции exec(). Фактически этим предоставляется процессу- родителю возможность контролировать окончание выполнения процессов-потомков.

Пример. Использование системного вызова wait().

Пример программы, последовательно запускающей программы, имена которых указаны при вызове.

#include<stdio.h>

int main(int argc, char **argv)

{

int i;

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

{

int status;

if(fork()>0)

{

/*процесс-предок ожидает сообщения от процесса-потомка о завершении */

wait(&status);

printf(“process-father\n”);

continue;

}

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

exit();

}

}

Пусть существуют три исполняемых файла print1, print2, print3, каждый из которых только печатает текст first, second, third соответственно, а код вышеприведенного примера находится в исполняемом файле с именем file. Тогда результатом работы команды file print1, print2,print3 будет

first

process-father

second

process-father

third

process-father

Пример. Использование системного вызова wait().

В данном примере процесс-предок порождает два процесса, каждый из которых запускает команду echo. Далее процесс-предок ждет завершения своих потомков, после чего продолжает выполнение.

int main(int argc, char **argv)

{

if ((fork()) == 0) /*первый процесс-потомок*/

{ execl(“/bin/echo”,”echo”,”this is”,”string 1”,0);

exit(); }

if ((fork()) == 0) /*второй процесс-потомок*/

{ execl(“/bin/echo”,”echo”,”this is”,”string 2”,0);

exit(); }

/*процесс-предок*/

printf(“process-father is waiting for children\n”);

while(wait() != -1);

printf(“all children terminated\n”);

exit();

}

В данном случае wait() вызывается в цикле три раза –первые два ожидают завершения процессов-потомков, последний вызов вернет неуспех, ибо ждать более некого.

6.1.3Жизненный цикл процессов

Подведем некоторые итоги. Итак процесс представляет собой исполняемую программу вместе с необходимым ей окружением. Окружение состоит из информации о процессе, которая содержится в различных системных структурах данных, информации о содержимом регистров, программ операционной системы, стеке процесса, информации об открытых файлах, обработке сигналов и так далее. Процесс представляет собой изменяющийся во времени динамический объект. Программа представляет собой часть процесса. Процесс может создавать процессы-потомки посредством функции fork(), может изменять свою программу через системный вызов exec(). Процесс может приостановить свое исполнение, используя функцию wait(), а также завершить свое исполнение посредством функции exit().

С учетом вышеизложенного рассмотрим подробнее состояния, в которых может находится процесс.

1. Процесс только что создан посредством вызова fork().

2. Процесс находится в очереди готовых на выполнение процессов.

3. Процесс выполняется в режиме задачи, т.е. когда реализуется алгоритм, заложенный в программу. Выход из этого состояния может произойти через системный вызов, прерывание или завершение процесса.

4. Процесс может выполняться в режиме ядра ОС, т.е. когда по требованию процесса через системный вызов выполняются определенные инструкции ядра ОС или произошло другое прерывание.

5. Процесс в ходе выполнения не имеет возможность получить требуемый ресурс и переходит в состояние блокирования.

6. Процесс осуществил вызов exit() или получил сигнал на завершение. Ядро освобождает ресурсы, связанные с процессом, кроме кода возврата и статистики выполнения. Далее процесс переходит в состоянии зомби, а затем уничтожается.

Рис. 5 Жизненный цикл процесса.

Дескрипторы открытых файлов

Сигналы

Специальные режимы и права процесса. S-бит, T-бит

6.1.4Формирование процессов 0 и 1

Выше упоминалось о нестандартном формировании некоторых процессов в Unix. Речь шла о процессе начальной загрузки системы и нестандартном формировании двух специфических процессов с PID 0 и 1.

Рассмотрим подробнее, что происходит в момент начальной загрузки OC UNIX. Начальная загрузка – это загрузка ядра системы в основную память и ее запуск. Нулевой блок каждой файловой системы предназначен для записи короткой программы, выполняющей начальную загрузку. Начальная загрузка выполняется в несколько этапов.

1.Аппаратный загрузчик читает нулевой блок системного устройства.

2.После чтения этой программы она выполняется, т.е. ищется и считывается в память файл /unix, расположенный в корневом каталоге и который содержит код ядра системы.

3.Запускается на исполнение этот файл.

В самом начале ядром выполняются определенные действия по инициализации системы, а именно, устанавливаются системные часы (для генерации прерываний), формируется диспетчер памяти, формируются значения некоторых структур данных (наборы буферов блоков, буфера индексных дескрипторов) и ряд других. По окончании этих действий происходит инициализация процесса с номером "0". По понятным причинам для этого невозможно использовать методы порождения процессов, изложенные выше, т.е. с использованием функций fork() и exec(). При инициализации этого процесса резервируется память под его контекст и формируется нулевая запись в таблице процессов. Основными отличиями нулевого процесса являются следующие моменты

1.Данный процесс не имеет кодового сегмента , это просто структура данных, используемая ядром и процессом его называют потому, что он каталогизирован в таблице процессов.

2. Он существует в течении всего времени работы системы (чисто системный процесс) и считается, что он активен, когда работает ядро ОС.

Далее ядро копирует "0" процесс и создает "1" процесс. Алгоритм создания этого процесса напоминает стандартную процедуру, хотя и носит упрощенный характер. Сначала процесс "1" представляет собой полную копию процесса "0" , т.е. у него нет области кода. Далее происходит увеличение его размера и во вновь созданную кодовую область копируется программа, реализующая системный вызов exec() , необходимый для выполнения программы /etc/init. На этом завершается подготовка первых двух процессов. Первый из них представляет собой структуру данных, при помощи которой ядро организует мультипрограммный режим и управление процессами. Второй – это уже подобие реального процесса. Далее ОС переходит к выполнению программ диспетчера. Диспетчер наделен обычными функциями и на первом этапе у него нет выбора – он запускает exec() , который заменит команды процесса "1" кодом, содержащимся в файле /etc/init. Получившийся процесс, называемый init, призван настраивать структуры процессов системы. Далее он подключает интерпретатор команд к системной консоли. Так возникает однопользовательский режим, так как консоль регистрируется с корневыми привилегиями и доступ по каким-либо другим линиям связи невозможен. При выходе из однопользовательского режима init создает многопользовательскую среду. С этой целью init организует процесс getty для каждого активного канала связи, т.е. каждого терминала Это программа ожидает входа кого-либо по каналу связи. Далее, используя системный вызов exec(), getty передает управление программе login, проверяющей пароль. Во время работы ОС процесс init ожидает завершения одного из порожденных им процессов, после чего он активизируется и создает новую программу getty для соответствующего терминала. Таким образом процесс init поддерживает многопользовательскую структуру во время функционирования системы. Схема описанного “круговорота” представлена на Рис. 6

Рис. 6 Поддержка многопользовательской работы в ОС UNIX.

6.1.5Планирование процессов. Свопинг

Планирование процесса, которому предстоит занять время центрального процессора, основывается на понятии приоритета. Каждому процессу сопоставляется некоторое целое числовое значение его приоритета (в т.ч., возможно, и отрицательное). Общее правило таково: чем больше числовое значение приоритета процесса, тем меньше его приоритет, т.е. наибольшие шансы занять время ЦП будут у того процесса, у которого числовое значение приоритета минимально.

Итак, числовое значение приоритета, или просто приоритет процесса - это параметр, который размещен в таблице процессов, и по значению этого параметра осуществляется выбор очередного процесса для продолжения работы и принимается решение о приостановке работающего процесса. Приоритеты системных и пользовательских процессов вычисляются по-разному. Рассмотрим, как это происходит для пользовательского процесса.

В вычислении приоритета P_PRI используются две изменяемые составляющие - P_NICE и P_CPU. P_NICE - это пользовательская составляющая приоритета. Его начальное значение полагается равным системной константе NZERO, в процессе выполнения процесса P_NICE может модифицироваться системным вызовом nice(). Аргументом этого системного вызова является добавка к текущему значению (для обычного – непривилегированного - процесса эти добавки представляют собой неотрицательные числа). Значение P_NICE наследуется при порождении процессов, и таким образом, значение приоритета не может быть понижено при наследовании. Заметим, что изменяться P_NICE может только в сторону увеличения значения (до некоторого предельного значения), таким образом пользователь может снижать приоритет своих процессов.

P_CPU - это системная составляющая. Она формируется системой следующим образом: при прерывании по таймеру через предопределенные периоды времени для процесса, занимающего процессор в текущий момент, P_CPU увеличивается на единицу. Также, как и P_NICE, P_CPU имеет некоторое предельное значение. Если процесс будет находиться в состоянии выполнения так долго, что составляющая P_CPU достигнет своего верхнего предела, то значение P_CPU будет сброшено в нуль, а затем снова начнет расти. Отметим, однако, что такая ситуация весьма маловероятна, т.к. скорее всего, этот процесс будет выгружен и заменен другим еще до того момента, как P_CPU достигнет максимума.

В общем случае, приоритет процесса есть функция:

P_PRI = f(P_NICE, P_CPU)

Константа P_USER представляет собой нижний порог приоритета для пользовательских процессов. Пользовательская составляющая, как правило, учитывается в виде разности _NICE – NZERO, что позволяет принимать в расчет только добавку, введенную посредством системного вызова nice(). Системная составляющая учитывается с некоторым коэффициентом. Поскольку неизвестно, проработал ли до момента прерывания процесс на процессоре полный интервал между прерываниями, то берется некоторое усреднение. Суммарно получается следующая формула для вычисления приоритета

Характеристики

Список файлов лекций