Смерь процесса (вызов exitQ)

Рис. 3.1. Жизненный цикл процесса

Эта глава рассматривает все эти состояния и переход между ними. Планировщик управляет выбором и исключением процессов, выполняемых процессором. Гл. 7, «Планировщик и синхронизация ядра», описывает планировщик подробнее.

Программа содержит множество компонентов, которые располагаются в памяти и запрашиваются процессом, исполняющим программу. Сюда входят текстовый сегмент, который содержит инструкции, выполняемые процессором; сегменты данных, которые содержат переменные, которыми манипулирует процесс; стек, который хранит автоматические переменные и данные функций; и кучу (heap), которая содержит динамически выделенную память. При создании процесса дочерний процесс получает копию родительного пространства данных, кучу, стек и дескриптор (описатель) процесса (process descriptor). Следующий раздел посвящен более детальному описанию дескриптора процесса Linux.

Процесс можно объяснить несколькими способами. Наш подход заключается в том, чтобы начать с высокоуровневого рассмотрения выполнения процесса и проследить его до уровня ядра, попутно объясняя назначение вспомогательных структур, которые это обеспечивают.

Как программисты, мы знакомы с написанием, компиляцией и выполнением программ. Но как они связаны с процессами? На протяжении этой главы мы обсудим пример программы, которую мы проследим от ее создания до выполнения своих основных задач. В этом случае процесс оболочки Bash создает процесс, становящийся экземпляром нашей программы; в свою очередь, наша программа порождает экземпляр дочернего процесса.

До того как мы перейдем к обсуждению процессов, нам нужно ввести несколько соглашений. Обычно мы используем слово процесс и слово задача для описания одного и того же. Когда мы говорим о выполняемом процессе, мы говорим о процессе, который выполняется процессором в данный момент.

Глава 3 • Процессы: принципиальная модель выполнения

Пользовательский режим против режима ядра

Что мы имеем в виду, когда говорим, что программа выполняется в пользовательском режиме или в режиме ядра? Во время жизненного цикла процесса он выполняет как собственный код, так и код ядра. Код считается кодом ядра, когда делается системный вызов, возникает исключение или происходит прерывание (и мы выполняем обработчик прерывания). Любой код, исполняемый процессом и не являющийся системным вызовом, считается кодом пользовательского режима. Такой процесс запускается в пользовательском режиме, и на него налагаются некоторые процессорные ограничения. Если процесс находится внутри системного вызова, мы можем сказать, что он выполняется в режиме ядра. С аппаратной точки зрения код ядра для процессоров Intel выполняется в кольце 0, а на PowerPC он выполняется в супервизорском режиме (supervisor mode).

Представление нашей программы

В этом разделе представлена программа-пример под названием createjprocess. Этот пример С-программы иллюстрирует различные состояния, в которых может находиться процесс, системные вызовы (которые генерируют перемещение между этими состояниями) и манипуляцию объектами ядра, которые поддерживают выполнение процессов. Идея заключается в получении глубокого понимания того, как программа превращается в процесс и как операционная система обрабатывает эти процессы.

create_process.с

1 #include < stdio.h>

2 #include < sys/types.h>

3 #include < sys/stat.h>

4 #include < fcntl.h> 5

6 int main(int argc, char *argv[])

7 {

8 int fd;

9 int pid; 11

12 pid = forkO;

13 if (pid == 0)

14 {

15 execle(" /bin/ls", NULL);

16 exit(2);

17 }
18

19 if (waitpid(pid) < 0)

20 printf(" wait error\n" );
21

Описатель процесса

22 pid = fork();

23 if (pid == 0){

24 fd=open(" Chapter_03.txt", 0_RDONLY);

25 close(fd);

26 }
27

2 8 if(waitpid(pid)< 0)

29 printf(" wait error\n" );

32 exit(0);

33 }

Эта программа определяет контекст выполнения, включающий информацию о ресурсах, необходимых для удовлетворения требований, определяемых программой. Например, в каждый момент процессор выполняет только одну инструкцию, извлеченную из памяти¹. Тем не менее эта инструкция не будет иметь смысла, если она не окружена контекстом, из которого становится ясно, как инструкция соотносится с логикой программы. Процесс обладает контекстом, составленным из значений, хранимых в счетчиках программы, регистрах, памяти и файлах (или используемом аппаратном обеспечении).

Эта программа компилируется и собирается в исполнимый файл, содержащий всю информацию, необходимую для выполнения программы. Гл. 9, «Сборка ядра Linux», уточняет разделение адресного пространства программы и то, как эта информация связана с программой, когда мы обсуждаем образы процессов и бинарные форматы.

Процесс содержит несколько характеристик, которые описывают этот процесс и делают его уникальным среди остальных процессов. Характеристики, необходимые для управления процессом, хранятся в одном типе данных, называемом процессорным описателем (process descriptor). Перед тем как углубиться в управление процессами, нам нужно познакомиться с этим описателем процесса.

Описатель процесса

В ядре описатель процесса представлен структурой под названием task_struct, которая хранит атрибуты и информацию о процессе. Здесь можно найти всю информацию ядра, связанную с процессом. На протяжении жизненного цикла процесса на процесс влияют многие аспекты ядра, такие, как управление памятью и планировщик. Описатель процесса хранит информацию, связанную с этим взаимодействием, вместе со стандартными UNIX-атрибутами процесса. Ядро хранит все описатели процессов в циклическом двусвязном списке, называемом task_list. Также ядро хранит указатель на task_

¹ Повторный вызов сегмента теста, указанного ранее.

Глава 3 • Процессы: принципиальная модель выполнения

struct текущего выполняемого процесса в глобальной переменной current. (Мы будем вспоминать current на протяжении книги, когда будем говорить о текущем выполняемом процессе.)

Процесс может состоять из одного или нескольких потоков. Каждый поток имеет ассоциированную с ним task_struct, включающую уникальный ГО. Потоки одного процесса разделяют адресное пространство этого процесса.

Следующие категории описывают некоторые типы элементов описателя процесса, за которыми необходимо следить на протяжении его жизненного цикла:

• атрибуты процесса,

• связи процесса,

• пространство памяти процесса,

• управление файлами,

• управление сигналами,

• удостоверение процесса,

• ресурсные ограничения,

• поля, связанные с планировкой.

Теперь мы подробнее рассмотрим поля структуры task_struct. Этот раздел описывает, для чего они нужны и в каких реальных действиях эти поля участвуют. Многие из них используются для вышеупомянутых задач, остальные выходят за пределы рассмотрения этой книги. Структура task_struct определена в include/linux/ sched.h:

include/linux/sched.h

3 84 struct task__struct {

385 volatile long state;

3 86 struct thread_info *thread_info;

387 atomic__t usage;

3 88 unsigned long flags;

3 89 unsigned long ptrace;

3 91 int lock_depth;

393 int prio, static_prio;

3 94 struct list_head run_list;

3 95 prio_array__t *array;

3 97 unsigned long sleep_avg;

3 98 long interactive_credit;

Описатель процесса

3 99 unsigned long long timestamp;
400 int activated;

402 unsigned long policy;

403 cpumask_t cpus_allowed;

404 unsigned int time_slice, first_time_slice; 405

406 struct list_Jiead tasks;

407 struct list_head ptrace_children;

408 struct list_head ptrace_list; 409

410 struct mm_struct *mm, *active_mm;

413 struct linux__binfmt *binfmt;

414 int exit_code, exit_jsignal;

415 int pdeath_signal;

419 pid_t pid;

420 pid_t tgid;

426 struct task__struct *real_parent;

427 struct task_struct *parent;

428 struct list_head children;

429 struct list_head sibling;

430 struct task_struct *group_leader;

433 struct pid___link pids[PIDTYPE_MAX];

43 5 wait_queue_head_t wait_chldexit;

43 6 struct completion *vfork_done;

437 int _ user *set_child_tid;

438 int _ user *clear_child_tid;

440 unsigned long rt_priority;

441 unsigned long it_real_value, it_prоrevalue, it__virt_value;

442 unsigned long it_real_incr, it_prof._incr, it_virt_incr;

443 struct timer_list real__timer;

444 unsigned long utime, stime, cutime, cstime;

445 unsigned long nvcsw, nivcsw, cnvcsw, cnivcsw;

446 u64 start_time;

450 uid__t uid, euid, suid, f suid;

451 gid_t gid, egid, sgid, fsgid;

452 struct group_info *group_info;

453 kernel_cap_t cap_effective, cap_inheritable, cap__permitted;

4 54 int keep_capabilities: 1;

Глава 3 • Процессы: принципиальная модель выполнения

455 struct user_struct *user;

457 struct rlimit rlim[RLIM_NLIMITS];

458 unsigned short used_math;

459 char coram[16];

461 int link_count, total_link_count;

467 struct fs__struct *fs;

469 struct files_struct *files;

509 unsigned long ptrace_message;

510 siginfo_t *last__siginfo;

516 };

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒