Причины завершения процессов

Ядро генерирует и посылает процессу сигнал в ответ на ряд событий, которые могут быть вызваны самим процессом, другим процессом, прерыванием или каким либо внешним событием. Основные причины отправки сигнала:

Исключительные ситуации

Выполнение процесса вызывает исключительну ситуацию, например, деление на 0.

Терминальные прерывания

Нажатие клавиш терминала, например, <Del>, <Ctrl+C>, <Ctrl+\>, вызывает посылку сигнала текущему процессу, связанному с терминалом.

Другие процессы

Процесс может посылать сигнал другому процессу или группе процессов с помощью системного вызова kill. В этом случае сигналы являются элементарной формой межпроцессного взаимодействия.

Управление заданиями

Командные интерпретаторы, поддерживающие средства управления заданиями, используют сигналы для манипулирования фоновыми и текущими процессами. Когда процесс, выполняющийся в фоновом режиме, делает попытку чтения или записи на терминал, ему посылается сигнал останова. Когда порожденный процесс завершает свою работу, родительский процесс уведомляется об этом также с помощью сигнала.

Квоты

Когда процесс превышает выделенную ему квоту вычислительных ресурсов или ресурсов файловой системы, ему посылается соответствующий сигнал.

Уведомления

Процесс может запросить уведомление о наступлении тех или иных событий, например, готовности устройства и т.д. Такое уведомление посылается процессу в виде сигнала.

Будильники

Если процесс установил таймер, ему будет послан сигнал, когда значение таймера станет равным 0.

Обработка прерываний, вектор прерывания

Прерывание – событие, при котором меняется нормальная последовательность команд, выполняемых процессором.

Обработка прерываний:

1. управление передаётся ОС

2. ОС запоминает состояние прерванного процесса

3. ОС передаёт управление соответствующей программе, обработчику данного прерывания.

Прерывание:

1. аппаратные - происходят от соответствующей аппаратуры ввода\вывода

2. программные - либо инициируется программой (запрос на системный вызов), либо ОС (истечение кванта времени)

Вектор прерывания: каждому типу прерывания соответствует адрес ячейки памяти. Адрес ячейки памяти - есть вектор прерывания.

20. Алгоритмы планирования процессов

- в системах пакетной обработки

Алгоритм без переключений: Кто первый – тот и обрабатывается. Из списка задач, подлежащих выполнению, выбирается та, которая будет выполняться наименьшее количество времени. Выполняется полностью.

Алгоритм с переключением: при появлении новой задачи происходит сравнение времени с выполняемой. Выполняться будет та, что выполнится быстрее.

- в системах разделения времени

1) Кольцевой режим. Создается кольцо процессов, подлежащих выполнению. Выполняются они по порядку. Выделяется всем одинаковое количество времени.

2) Алгоритм с приоритетом: процесс имеет приоритет. Тот, у которого приоритет больше – выполняется раньше.

3) C динамически меняющимся приоритетом: приоритет рассчитывается из 2х составляющих – статической и динамической составляющих. Статический приоритет присваивается процессу при запуске. Динамическая составляющая рассчитывается исходя из того, как процесс использует процессорное время. Если процесс отработал своё процессорное время полностью – динамический приоритет понижается, если завершился досрочно – динамический приоритет повышается.

Планировщик процессов

Планировщик процессов в системе UNIX принадлежит к общему классу планировщиков, работающих по принципу "карусели с многоуровневой обратной связью". В соответствии с этим принципом ядро предоставляет процессу ресурсы ЦП на квант времени, по истечении которого выгружает этот процесс и возвращает его в одну из нескольких очередей, регулируемых приоритетами. Прежде чем процесс завершится, ему может потребоваться множество раз пройти через цикл с обратной связью. Когда ядро выполняет переключение контекста и восстанавливает контекст процесса, процесс возобновляет выполнение с точки приостанова.

Создание процессов

Новый процесс создается в UNIX только путем системного вызова fork. Процесс, сделавший вызов fork, называется родительским, а вновь созданный процесс - порожденным. Новый процесс является точной копией родительского. При порождении (разветвлении) процесса проверяется, достаточно ли памяти и места в таблице процессов для данного процесса. Если да, то образ текущего процесса копируется в новый образ процесса, и в таблице процессов возникает новый элемент. Новому процессу присваивается новый уникальный идентификатор (PID). Когда изменение таблицы процессов ядра завершается, процесс добавляется к списку процессов, доступных для выполнения и ожидающих в очереди планировщика подобно другим процессам.

Порожденный процесс наследует от родительского процесса следующие основные характеристики:

1. Способы обработки сигналов (адреса функций обработки сигналов).
2. Реальные и эффективные идентификаторы пользователя и группы.
3. Значение поправки приоритета.
4. Все присоединенные разделяемые сегменты памяти.
5. Идентификатор группы процессов.
6. Терминальную линию.
7. Текущий каталог.
8. Корневой каталог.
9. Маска создания файлов (umask).
10. Ограничения ресурсов (ulimit).

Порожденный процесс отличается от родительского процесса следующими основными характеристиками:

1. Порожденный процесс имеет свой уникальный идентификатор.
2. Порожденный процесс имеет другой идентификатор родительского процесса, равный идентификатору породившего процесса.
3. Порожденный процесс имеет свои собственные копии дескрипторов файлов (в частности, стандартных потоков), открытых родительским процессом. Каждый дескриптор файла порожденного процесса имеет первоначально такое же значение текущей позиции в файле, что и соответствующий родительский.
4. У порожденного процесса обнуляются счетчики времени, потраченного системой для его обслуживания.

Системный вызов fork завершается неудачей и новый процесс не порождается, если:

• Создать процесс запрещает системное ограничение на общее количество процессов.
• Создать процесс запрещает системное ограничение на количество процессов у одного пользователя.
• Общее количество системной памяти, предоставленной для физического ввода-вывода, временно оказалось недостаточным.

При успешном завершении порожденному процессу возвращается значение 0, а родительскому процессу возвращается идентификатор порожденного процесса. В случае ошибки родительскому процессу возвращается -1, новый процесс не создается и переменной errno присваивается код ошибки.

Обычно после порождения порожденный процесс выполняет системный вызов exec, перекрывающий сегменты текста и данных процесса новыми сегментами текста и данных, взятыми из указанного выполняемого файла. При этом аппаратный контекст процесса инициализируется заново.

Выполняемый файл состоит из заголовка, сегмента команд и сегмента данных. Данные (глобальные переменные) состоят из инициализированной и неинициализированной частей.

Если системный вызов exec закончился успешно, то он не может вернуть управление, так как вызвавший процесс уже заменен новым процессом. Возврат из системного вызова exec свидетельствует об ошибке. В таком случае результат равен -1, а переменной errno присваивается код ошибки.

Новый процесс наследует у процесса, вызвавшего exec, следующие основные характеристики:

1. Значение поправки приоритета.
2. Идентификатор процесса.
3. Идентификатор родительского процесса.
4. Идентификатор группы процессов.
5. Терминальную линию.
6. Текущий каталог.
7. Корневой каталог.
8. Маску создания файлов.
9. Ограничения ресурсов.
10. Счетчики времени, потраченного системой на обслуживание этого процесса.
11. Блокировки доступа к сегментам файлов.

Атрибуты процессов в Unix

Процесс в UNIX имеет ряд атрибутов, позволяющих операционной системе управлять его работой. Основные атрибуты представлены в следующих подразделах.

Идентификатор процесса (PID)

Каждый процесс имеет уникальный идентификатор PID, позволяющий ядру системы различать процессы. Когда создается новый процесс, ядро присваивает ему следующий свободный (т.е. не ассоциированный ни с каким процессом) идентификатор. Присвоение идентификатора обычно происходит по возрастающий, т.е. идентификатор нового процесса больше, чем идентификатор процесса, созданного перед ним. Если идентификатор достигает максимального значения (обычно - 65737), следующий процесс получит минимальный свободный PID и цикл повторяется. Когда процесс завершает работу, ядро освобождает использовавшийся им идентификатор.

Идентификатор родительского процесса (PPID)

Идентификатор процесса, породившего данный процесс. Все процессы в системе, кроме системных процессов и процесса init, являющегося прародителем остальных процессов, порождены одним из существующих или существовавших ранее процессов.

Поправка приоритета (NI)

Относительный приоритет процесса, учитываемый планировщиком при определении очередности запуска. Фактическое же распределение процессорных ресурсов определяется приоритетом выполнения (атрибут PRI), зависящим от нескольких факторов, в частности от заданного относительного приоритета. Относительный приоритет не изменяется системой на всем протяжении жизни процесса (хотя может быть изменен пользователем или администратором) в отличие от приоритета выполнения, динамически изменяемого планировщиком.

Терминальная линия (TTY)

Терминал или псевдотерминал, связанный с процессом. С этим терминалом по умолчанию связаны стандартные потоки: входной, выходной и поток сообщений об ошибках. Потоки (программные каналы) являются стандартным средством межпроцессного взаимодействия в ОС UNIX.

Процессы-демоны не связаны с терминалом.

Реальный (UID) и эффективный (EUID) идентификаторы пользователя

Реальным идентификатором пользователя данного процесса является идентификатор пользователя, запустившего процесс. Эффективный идентификатор служит для определения прав доступа процесса к системным ресурсам (в первую очередь к ресурсам файловой системы). Обычно реальный и эффективный идентификаторы совпадают, т.е. процесс имеет в системе те же права, что и пользователь, запустивший его. Однако существует возможность задать процессу более широкие права, чем права пользователя, путем установки бита SUID, когда эффективному идентификатору присваивается значение идентификатора владельца выполняемого файла (например, пользователя root).

Реальный (GID) и эффективный (EGID) идентификаторы группы

Реальный идентификатор группы равен идентификатору основной или текущей группы пользователя, запустившего процесс. Эффективный идентификатор служит для определения прав доступа к системным ресурсам от имени группы. Обычно эффективный идентификатор группы совпадает с реальным. Но если для выполняемого файла установлен бит SGID, такой файл выполняется с эффективным идентификатором группы-владельца.