Запуск дочерних процессов
Запуск одного процесса вместо другого организован в Linux с помощью системного вызова exec(). Старый процесс из памяти удаляется навсегда, вместо него загружается новый, при этом настройка окружения не меняется, даже PID остается прежним. Вернуться к выполнению старого процесса невозможно, разве что запустить его снова с помощью того же exec() (от "execute" – "исполнить"). Кстати, имя файла (программы), из которого запускается процесс, и собственное имя процесса (в таблице процессов) могут и не совпадать. Собственное имя процесса – это такой же параметр командной строки, как и те, что передаются ему пользователем: для exec() требуется и путь к файлу, и полная командная строка, нулевой (стартовый) элемент которой – как раз название команды1).
Вот откуда "-" в начале имени стартового командного интерпретатора (-bash): его "подсунула" программа login, чтобы была возможность отличать его от других запущенных тем же пользователем оболочек.
Для работы командного интерпретатора одного exec() недостаточно. В самом деле, shell не просто запускает утилиту, а дожидается ее завершения, обрабатывает результаты ее работы и продолжает диалог с пользователем. Для этого в Linux служит системный вызов fork() ("вилка, развилка"), применение которого приводит к возникновению еще одного, дочернего, процесса – точной копии породившего его родительского. Дочерний процесс ничем не отличается от родительского: имеет такое же окружение, те же стандартный ввод и стандартный вывод, одинаковое содержимое памяти и продолжает работу с той же самой точки (возврат из fork()). Отличий два: во-первых, эти процессы имеют разные PID, под которыми они зарегистрированы в таблице процессов, а во-вторых, различается возвращаемое значение fork(): родительский процесс получает в качестве результата fork() идентификатор процесса-потомка, а процесс-потомок получает "0".
Дальнейшие действия shell при запуске какой-либо программы очевидны. Shell-потомок немедленно вызывает эту программу с помощью exec(), а shell-родитель дожидается завершения работы процесса-потомка (PID которого ему известен) с помощью еще одного системного вызова, wait(). Дождавшись и проанализировав результат команды, shell продолжает работу:
[methody@localhost methody]$ cat > loop while true; do true; done ^D [methody@localhost methody]$ sh loop ^C [methody@localhost methody]$
Пример 5.2. Создание бесконечно выполняющегося сценария (html, txt)
По совету Гуревича Мефодий создал сценарий для sh (или bash, на таком уровне их команды совпадают), который ничего не делает. Точнее было бы сказать, что этот сценарий делает ничего, бесконечно повторяя в цикле команду, вся работа которой состоит в том, что она завершается без ошибок (в лекции 7 говорится о том, что "> файл" в командной строке просто перенаправляет стандартный вывод команды в файл). Запустив этот сценарий с помощью команды вида sh имя_сценария, Мефодий ничего не увидел, но услышал, как загудел вентилятор охлаждения центрального процессора: машина трудилась! Управляющий символ "^C", как обычно, привел к завершению активного процесса, и командный интерпретатор продолжил работу.
Если бы в описанной выше ситуации родительский процесс не ждал, пока дочерний завершится, а сразу продолжал работать, получилось бы, что оба процесса выполняются параллельно: пока запущенный процесс что-то делает, пользователь продолжает командовать оболочкой. Для того чтобы запустить процесс параллельно, в shell достаточно добавить "&" в конец командной строки:
[methody@localhost methody]$ sh loop& [1] 3634 [methody@localhost methody]$ ps -f UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD methody 3590 1850 0 13:58 tty3 00:00:00 -bash methody 3634 3590 99 14:03 tty3 00:00:02 sh loop methody 3635 3590 0 14:03 tty3 00:00:00 ps -f
Пример 5.3. Запуск фонового процесса (html, txt)
В результате стартовый командный интерпретатор (PID 3590) оказался родителем сразу двух процессов: sh, выполняющего сценарий loop, и ps.
Процесс, запускаемый параллельно, называется фоновым (background). Фоновые процессы не имеют возможности вводить данные с того же терминала, что и породивший их shell (только из файла), зато выводить данные на этот терминал могут (правда, когда на одном и том же терминале вперемежку появляются сообщения от нескольких фоновых процессов, начинается неразбериха). При каждом терминале в каждый момент времени может быть не больше одного активного (foreground) процесса, которому разрешено вводить данные с этого терминала. На время, пока команда (например, cat) работает в активном режиме, породивший ее командный интерпретатор "уходит в фон", и там, в фоне, выполняет свой wait().
активный процесс, foreground process - процесс, имеющий возможность вводить данные с терминала. В каждый момент у каждого терминала может быть не более одного активного процесса.
Фоновый процесс, background process - процесс, не имеющий возможности вводить данные с терминала. Пользователь может запустить любое, но не превосходящее заранее заданного в системе, число фоновых процессов.
Стоит заметить, что параллельность работы процессов в Linux – дискретная. Здесь и сейчас выполняться может столько процессов, сколько центральных процессоров есть в компьютере (например, один). Дав этому одному процессу немного поработать, система запоминает все, что необходимо ему для работы, приостанавливает его, и запускает следующий процесс, потом следующий и так далее. Возникает очередь процессов, ожидающих выполнения. Только что поработавший процесс помещается в конец этой очереди, а следующий выбирается из ее начала. Когда очередь вновь доходит до того, первого процесса, система вспоминает необходимые для его выполнения данные (они называются контекстом процесса), и он продолжает работать как ни в чем не бывало. Такая схема разделения времени между процессами называется псевдопараллелизмом.
В выдаче ps, которую получил Мефодий, можно заметить, что PID стартовой оболочки равен 3590, а PID запущенных из-под него команд (одной фоновой и одной активной) – 3634 и 3635. Это значит, что за время, прошедшее с момента входа Мефодия в систему до момента запуска sh loop&, в системе было запущено еще 3634-3590=44 процесса. Что ж, в Linux могут одновременно работать несколько пользователей, да и самой системе иногда случается запустить какую-нибудь утилиту (например, выполняя действия по расписанию). А вот sh и ps получили соседние PID, значит, пока Мефодий нажимал Enter и набирал ps -f, никаких других процессов не запускалось.
В действительности далеко не всем процессам, зарегистрированным в системе, на самом деле необходимо давать поработать наравне с другими. Большинству процессов работать прямо сейчас не нужно: они ожидают какого-нибудь события, которое им необходимо обработать. Чаще всего процессы ждут завершения операции ввода-вывода. Чтобы посмотреть, как потребляются ресурсы системы, можно использовать утилиту top. Но сначала Мефодий решил запустить еще один бесконечный сценарий (ему было интересно, как два процесса конкурируют за ресурсы):
[methody@localhost methody]$ bash loop& [2] 3639 [methody@localhost methody]$ top 14:06:50 up 3:41, 5 users, load average: 1,31, 0,76, 0,42 4 processes: 1 sleeping, 3 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 99,4% user, 0,5% system, 0,0% nice, 0,0% iowait, 0,0% idle Mem: 514604k av, 310620k used, 203984k free, 0k shrd, 47996k buff 117560k active, 148388k inactive Swap: 1048280k av, 0k used, 1048280k free 184340k cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 3639 methody 20 0 1260 1260 1044 R 50,3 0,2 0:12 bash 3634 methody 18 0 980 980 844 R 49,1 0,1 3:06 sh 3641 methody 9 0 1060 1060 872 R 0,1 0,2 0:00 top 3590 methody 9 0 1652 1652 1264 S 0,0 0,3 0:00 bash
Пример 5.4. Разделение времени между процессами (html, txt)
Оказалось, что дерутся даже не два процесса, а три: sh (первый из запущенных интерпретаторов loop), bash (второй) и сам top. Правда, по сведениям из поля %CPU, львиную долю процессорного времени отобрали sh и bash (они без устали вычисляют!), а top довольствуется десятой долей процента (а то и меньшей: ошибки округления). Стартовый bash вообще не хочет работать, он спит (значение "S", Sleep, поля STAT, status): ждет завершения активного процесса, top.
Увидев такое разнообразие информации, Мефодий кинулся читать руководство по top, однако скоро понял, что без знания архитектуры Linux большая его часть не имеет смысла. Впрочем, некоторая часть все же понятна: объем оперативной памяти (всей, используемой и свободной), время работы машины, объем памяти, занимаемой процессами, и т. п.
Последний процесс, запущенный из оболочки в фоне, можно из этой оболочки сделать активным при помощи команды fg ("foreground" – "передний план"):
[methody@localhost methody]$ fg bash loop ^C
Пример 5.5. Перевод фонового процесса в активное состояние с помощью команды fg (foreground) (html, txt)
Услужливый bash даже написал командную строку, которой был запущен этот процесс: "bash loop". Мефодий решил "убить" его с помощью управляющего символа "^C". Теперь последним запущенным в фоне процессом стал sh, выполняющий сценарий loop.
