Лекция: Основы многозадачности в Linux

Наберите в своей оболочке следующую команду:

−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−

$ ps -e

На экран будут выведен список всех работающих в системе процессов. Если хотите посчитать количество процессов, наберите что-нибудь, наподобие этого:

$ ps -e --no-headers | nl | tail -n 1

74 4650 pts/0 00:00:00 tail

Первое число — это количество работающих в системе процессов. Пользователи KDE могут воспользоваться программой kpm, а пользователи Gnome — программой gnome-system-monitor для получения информации о процессах. На то он и Linux, чтобы позволять пользователю делать одно и то же разными способами.

Возникает вопрос: «Что такое процесс?». Процессы в Linux, как и файлы, являются аксиоматическими понятиями. Иногда процесс отождествляют с запущенной программой, однако, это не всегда так. Будем считать, что процесс — это рабочая единица системы, которая выполняет что-то. Многозадачность — это возможность одновременного сосуществования нескольких процессов в одной системе.

Linux — многозадачная операционная система. Это означает, что процессы в ней работают одновременно. Естественно, это условная формулировка. Ядро Linux постоянно переключает процессы, то есть время от времени дает каждому из них сколько-нибудь процессорного времени. Переключение происходит довольно быстро, поэтому нам кажется, что процессы работают одновременно.

Одни процессы могут порождать другие процессы, образовывая древовидную структуру. Порождающие процессы называются родителями или родительскими процессами, а порожденные — потомками или дочерними процессами. На вершине этого «дерева» находится процесс init, который порождается автоматически ядром в процессе загрузки системы.

К каждому процессу в системе привязана пара целых неотрицательных чисел: идентификатор процесса PID (Process IDentifier) и идентификатор родительского процесса PPID (Parent Process IDentifier). Для каждого процесса PID является уникальным (в конкретный момент времени), а PPID равен идентификатору процесса-родителя. Если ввести в оболочку команду ps -ef, то на экран будет выведен список процессов со значениями их PID и PPID (вторая и третья колонки соотв.). Пример работы такой команды:

UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD

root 1 0 0 17:08? 00:00:00 /sbin/init

root 2 0 0 17:08? 00:00:00 [kthreadd]

root 3 2 0 17:08? 00:00:00 [migration/0]

root 4 2 0 17:08? 00:00:00 [ksoftirqd/0]

root 5 2 0 17:08? 00:00:00 [watchdog/0]

root 6 2 0 17:08? 00:00:00 [migration/1]

root 7 2 0 17:08? 00:00:00 [ksoftirqd/1]

root 8 2 0 17:08? 00:00:00 [watchdog/1]

root 9 2 0 17:08? 00:00:00 [events/0]

root 10 2 0 17:08? 00:00:00 [events/1]

root 11 2 0 17:08? 00:00:00 [cpuset]

root 12 2 0 17:08? 00:00:00 [khelper]

root 13 2 0 17:08? 00:00:00 [netns]

root 14 2 0 17:08? 00:00:00 [async/mgr]

root 15 2 0 17:08? 00:00:00 [kintegrityd/0]

root 16 2 0 17:08? 00:00:00 [kintegrityd/1]

root 17 2 0 17:08? 00:00:00 [kblockd/0]

root 18 2 0 17:08? 00:00:00 [kblockd/1]

root 19 2 0 17:08? 00:00:00 [kacpid]

…

df00 16389 16387 0 20:10 pts/1 00:00:00 /bin/bash

df00 17446 2538 0 20:26? 00:00:00 [nautilus] <defunct>

df00 18544 2932 0 20:41 pts/2 00:00:00 /bin/bash -l

df00 19010 18544 0 20:48 pts/2 00:00:00 ps -ef

Надо отметить, что процесс init всегда имеет идентификатор 1 и PPID равный 0. Хотя в реальности процесса с идентификатором 0 не существует. Дерево процессов можно также представить в наглядном виде при помощи опции --forest программы ps:

PIDTTYTIMECMD

2? 00:00:00 kthreadd

3 ?00:00:00 \_ migration/0

4 ?00:00:00 \_ ksoftirqd/0

5 ?00:00:00 \_ watchdog/0

6 ?00:00:00 \_ migration/1

7 ?00:00:00 \_ ksoftirqd/1

8 ?00:00:00 \_ watchdog/1

9 ?00:00:00 \_ events/0

10 ?00:00:00 \_ events/1

11 ?00:00:00 \_ cpuset

12 ?00:00:00 \_ khelper

13 ?00:00:00 \_ netns

14 ?00:00:00 \_ async/mgr

15 ?00:00:00 \_ kintegrityd/0

16 ?00:00:00 \_ kintegrityd/1

….

18544 pts/2 00:00:00 \_ bash

16388 ?00:00:00 \_ gnome-pty-helpe

16389 pts/1 00:00:00 \_ bash

Если вызвать программу ps без аргументов, то будет выведен список процессов, принадлежащих текущей группе, то есть работающих под текущим терминалом.

Использование getpid() и getppid()

Процесс может узнать свой идентификатор (PID), а также родительский идентификатор (PPID) при помощи системных вызовов getpid() и getppid().

Системные вызовы getpid() и getppid() имеют следующие прототипы:

pid_t getpid (void);

pid_t getppid (void);

Для использования getpid() и getppid() в программу должны быть включены директивой #include заголовочные файлы unistd.h и sys/types.h (для типа pid_t). Вызов getpid() возвращает идентификатор текущего процесса (PID), а getppid() возвращает идентификатор родителя (PPID). pid_t — это целый тип, размерность которого зависит от конкретной системы. Значениями этого типа можно оперировать как обычными целыми числами типа int.

Рассмотрим теперь простую программу, которая выводит на экран PID и PPID, а затем «замирает» до тех пор, пока пользователь не нажмет <Enter>.

/* getpid.c */

#include<stdio.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

int main (void)

{

pid_t pid, ppid;

pid = getpid ();

ppid = getppid ();

printf («PID: %d\n», pid);

printf («PPID: %d\n», ppid);