Fork and exec in linux

Управление процессами в Linux

Денис Колисниченко Процессы. Системные вызовы fork() и exec(). Нити.
Перенаправление ввода/вывода
Команды для управление процессами
Материал этой статьи ни в коем случае не претендует на свою избыточность. Более подробно о процессах вы можете прочитать в книгах, посвященных программированию под UNIX.

Процессы. Системные вызовы fork() и exec(). Нити.

1. Выделяется память для описателя нового процесса в таблице процессов
2. Назначается идентификатор процесса PID
3. Создается логическая копия процесса, который выполняет fork() — полное копирование содержимого виртуальной памяти родительского процесса, копирование составляющих ядерного статического и динамического контекстов процесса-предка
4. Увеличиваются счетчики открытия файлов (порожденный процесс наследует все открытые файлы родительского процесса).
5. Возвращается PID в точку возврата из системного вызова в родительском процессе и 0 — в процессе-потомке.

Сигнал — способ информирования процесса ядром о происшествии какого-то события. Если возникает несколько однотипных событий, процессу будет подан только один сигнал. Сигнал означает, что произошло событие, но ядро не сообщает сколько таких событий произошло.

1. окончание порожденного процесса (например, из-за системного вызова exit (см. ниже))
2. возникновение исключительной ситуации
3. сигналы, поступающие от пользователя при нажатии определенных клавиш.

Установить реакцию на поступление сигнала можно с помощью системного вызова signal
func = signal(snum, function);

snum — номер сигнала, а function — адрес функции, которая должна быть выполнена при поступлении указанного сигнала. Возвращаемое значение — адрес функции, которая будет реагировать на поступление сигнала. Вместо function можно указать ноль или единицу. Если был указан ноль, то при поступлении сигнала snum выполнение процесса будет прервано аналогично вызову exit. Если указать единицу, данный сигнал будет проигнорирован, но это возможно не для всех процессов.

С помощью системного вызова kill можно сгенерировать сигналы и передать их другим процессам.
kill(pid, snum);
где pid — идентификатор процесса, а snum — номер сигнала, который будет передан процессу. Обычно kill используется для того, чтобы принудительно завершить («убить») процесс.
Pid состоит из идентификатора группы процессов и идентификатора процесса в группе. Если вместо pid указать нуль, то сигнал snum будет направлен всем процессам, относящимся к данной группе (понятие группы процессов аналогично группе пользователей). В одну группу включаются процессы, имеющие общего предка, идентификатор группы процесса можно изменить с помощью системного вызова setpgrp. Если вместо pid указать -1, ядро передаст сигнал всем процессам, идентификатор пользователя которых равен идентификатору текущего выполнения процесса, который посылает сигнал.

Таблица 1. Номера сигналов

Номер	Название	Описание
01	SIGHUP	Освобождение линии (hangup).
02	SIGINT	Прерывание (interrupt).
03	SIGQUIT	Выход (quit).
04	SIGILL	Некорректная команда (illegal instruction). Не переустанавливается при перехвате.
05	SIGTRAP	Трассировочное прерывание (trace trap). Не переустанавливается при перехвате.
06	SIGIOT или SIGABRT	Машинная команда IOT.
07	SIGEMT	Машинная команда EMT.
08	SIGFPE	Исключительная ситуация при выполнении операции с вещественными числами (floating-point exception)
09	SIGKILL	Уничтожение процесса (kill). Не перехватывается и не игнорируется.
10	SIGBUS	Ошибка шины (bus error).
11	SIGSEGV	Некорректное обращение к сегменту памяти (segmentation violation).
12	SIGSYS	Некорректный параметр системного вызова (bad argument to system call).
13	SIGPIPE	Запись в канал, из которого некому читать (write on a pipe with no one to read it).
14	SIGALRM	Будильник
15	SIGTERM	Программный сигнал завершения
16	SIGUSR1	Определяемый пользователем сигнал 1
17	SIGUSR2	Определяемый пользователем сигнал 2
18	SIGCLD	Завершение порожденного процесса (death of a child).
19	SIGPWR	Ошибка питания
22	Регистрация выборочного события

Сигналы (точнее их номера) описаны в файле singnal.h

Для нормального завершение процесса используется вызов
exit(status);
где status — это целое число, возвращаемое процессу-предку для его информирования о причинах завершения процесса-потомка.
Вызов exit может задаваться в любой точке программы, но может быть и неявным, например при выходе из функции main (при программировании на C) оператор return 0 будет воспринят как системный вызов exit(0);

Перенаправление ввода/вывода

Практически все операционные системы обладают механизмом перенаправления ввода/вывода. Linux не является исключением из этого правила. Обычно программы вводят текстовые данные с консоли (терминала) и выводят данные на консоль. При вводе под консолью подразумевается клавиатура, а при выводе — дисплей терминала. Клавиатура и дисплей — это, соответственно, стандартный ввод и вывод (stdin и stdout). Любой ввод/вывод можно интерпретировать как ввод из некоторого файла и вывод в файл. Работа с файлами производится через их дескрипторы. Для организации ввода/вывода в UNIX используются три файла: stdin (дескриптор 1), stdout (2) и stderr(3).

Символ > используется для перенаправления стандартного вывода в файл.
Пример:
$ cat > newfile.txt Стандартный ввод команды cat будет перенаправлен в файл newfile.txt, который будет создан после выполнения этой команды. Если файл с этим именем уже существует, то он будет перезаписан. Нажатие Ctrl + D остановит перенаправление и прерывает выполнение команды cat.

Символ &lt используется для переназначения стандартного ввода команды. Например, при выполнении команды cat > используется для присоединения данных в конец файла (append) стандартного вывода команды. Например, в отличие от случая с символом >, выполнение команды cat >> newfile.txt не перезапишет файл в случае его существования, а добавит данные в его конец.

Символ | используется для перенаправления стандартного вывода одной программы на стандартный ввод другой. Напрмер, ps -ax | grep httpd.

Команды для управления процессами

Предназначена для вывода информации о выполняемых процессах. Данная команда имеет много параметров, о которых вы можете прочитать в руководстве (man ps). Здесь я опишу лишь наиболее часто используемые мной:

Параметр	Описание
-a	отобразить все процессы, связанных с терминалом (отображаются процессы всех пользователей)
-e	отобразить все процессы
-t список терминалов	отобразить процессы, связанные с терминалами
-u идентификаторы пользователей	отобразить процессы, связанные с данными идентификаторыми
-g идентификаторы групп	отобразить процессы, связанные с данными идентификаторыми групп
-x	отобразить все процессы, не связанные с терминалом

Например, после ввода команды ps -a вы увидите примерно следующее:

  PID TTY TIME CMD 1007 tty1 00:00:00 bash 1036 tty2 00:00:00 bash 1424 tty1 00:00:02 mc 1447 pts/0 00:00:02 mpg123 2309 tty2 00:00:00 ps

Для вывода информации о конкретном процессе мы можем воспользоваться командой:

 # ps -ax | grep httpd 698 ? S 0:01 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1261 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1262 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1263 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1264 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1268 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1269 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1270 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1271 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1272 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1273 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1280 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A

В приведенном выше примере используется перенаправление ввода вывода между программами ps и grep, и как результат получаем информацию обо всех процессах содержащих в строке запуска «httpd». Данную команду (ps -ax | grep httpd) я написал только лишь в демонстрационных целях — гораздо проще использовать параметр -С программы ps вместо перенаправления ввода вывода и параметр -e вместо -ax.

Предназначена для вывода информации о процессах в реальном времени. Процессы сортируются по максимальному занимаемому процессорному времени, но вы можете изменить порядок сортировки (см. man top). Программа также сообщает о свободных системных ресурсах.

  # top 7:49pm up 5 min, 2 users, load average: 0.03, 0.20, 0.11 56 processes: 55 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 7.6% user, 9.8% system, 0.0% nice, 82.5% idle Mem: 130660K av, 94652K used, 36008K free, 0K shrd, 5220K buff Swap: 72256K av, 0K used, 72256K free 60704K cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 1067 root 14 0 892 892 680 R 2.8 0.6 0:00 top 1 root 0 0 468 468 404 S 0.0 0.3 0:06 init 2 root 0 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kflushd 3 root 0 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kupdate 4 root 0 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kswapd 5 root -20 -20 0 0 0 SW< 0.0 0.0 0:00 mdrecoveryd

Просмотреть информацию об оперативной памяти вы можете с помощью команды free, а о дисковой - df. Информация о зарегистрированных в системе пользователей доступна по команде w.

Изменение приоритета процесса - команда nice

nice [-коэффициент понижения] команда [аргумент]

Команда nice выполняет указанную команду с пониженным приоритетом, коэффициент понижения указывается в диапазоне 1..19 (по умолчанию он равен 10). Суперпользователь может повышать приоритет команды, для этого нужно указать отрицательный коэффициент, например --10. Если указать коэффициент больше 19, то он будет рассматриваться как 19.

nohup - игнорирование сигналов прерывания

nohup выполняет запуск команды в режиме игнорирования сигналов. Не игнорируются только сигналы SIGHUP и SIGQUIT.

kill - принудительное завершение процесса

где PID - идентификатор процесса, который можно узнать с помощью команды ps.

Команды выполнения процессов в фоновом режиме - jobs, fg, bg

Команда jobs выводит список процессов, которые выполняются в фоновом режиме, fg - переводит процесс в нормальные режим ("на передний план" - foreground), а bg - в фоновый. Запустить программу в фоновом режиме можно с помощью конструкции &

Источник

How do fork and exec work?

Sorry for asking many questions at a time, but all these questions come to my mind at once when I think about any command execution.

I won't say this is a duplicate, but I think some of your question is answered here: unix.stackexchange.com/questions/136637/… and in the other answer linked at the top of that one.

4 Answers 4

So when a command is fired from a shell, fork() inherits a child process of it and exec() loads the child process to the memory and executes.

Not quite. fork() clones the current process, creating an identical child. exec() loads a new program into the current process, replacing the existing one.

My qs is:

If the child process contains all the attributes of the parent process(which is the original process), then what is the need of this child process? The original process also could have been loaded to the memory.

The need is because the parent process does not want to terminate yet; it wants a new process to go off and do something at the same time that it continues to execute as well.

Does this fork and exec concept apply to all the executable program in UNIX?Like for shell script also or only for commands? Does it also apply for shell builtin commands?

For external commands, the shell does a fork() so that the command runs in a new process. Builtins are just run by the shell directly. Another notable command is exec , which tells the shell to exec() the external program without first fork() ing. This means that the shell itself is replaced with the new program, and so is no longer there for that program to return to when it exits. If you say, exec true , then /bin/true will replace your shell, and immediately exit, leaving nothing running in your terminal anymore, so it will close.

when copy on write concept is used if I'll execute a command/script?

Back in the stone age, fork() actually had to copy all of the memory in the calling process to the new process. Copy on Write is an optimization where the page tables are set up so that the two processes start off sharing all of the same memory, and only the pages that are written to by either process are copied when needed.

Источник