• Curs 03 - Procese (vizualizare Prezi)
• Curs 03 - Procese (PDF)

• Suport curs
  • Operating System Concepts Essentials
    • Capitolul 3 - Processes
  • Modern Operating Systems
    • Capitolul 2 - Processes and Threads - Secțiunea 1
  • Linux System Programming
    • Capitolul 5 - Process Management
    • Capitolul 6 - Advanced Process Management
    • Capitolul 9 - Signals
  • Windows System Programming
    • Capitolul 6 - Process Management
    • Capitolul 11 - Interprocess Communication

Pentru parcurgerea demo-urilor, folosim arhiva aferentă. Demo-urile rulează pe Linux. Descărcăm arhiva folosind comanda

wget http://elf.cs.pub.ro/so/res/cursuri/curs-03-demo.zip

și apoi decomprimăm arhiva

unzip curs-03-demo.zip

și accesăm directorul rezultat în urma decomprimării

cd curs-03-demo/

Acum putem parcurge secțiunile cu demo-uri de mai jos.

Pentru a afișa informații despre procesul shell curent, folosim comenzile de mai jos:

ps -f $$
ps -F $$
lsof -p $$
pmap $$
ls /proc/$$/
cat /proc/$$/status

Aceste comenzi ne afișează infomații precum PID-ul procesului, comanda de la care a pornit, PID-ul procesului părinte, timpul de rulare, fișierele deschise (lsof), spațiul de adresă al procesului (pmap).

Dorim să aflăm informații complete despre un proces creat. Pentru aceea pornim în shell o comandă (find) care să creeze un proces:

/usr/bin/time -v find /usr/share > /dev/null

Comanda time trebuie dată în cale completă (/usr/bin/time) pentru a nu rula comanda time internă shell-ului.

Comanda permite rularea altei comenzi și afișarea de informații despre procesul creat de aceasta. Astfel de informații sunt cel de timp:

• User time este timpul petrecut de proces în user space
• System time este timpul petrecut de proces în kernel space
• Elapsed (wall clock) time este timpul trecut pe ceas.

Procesul rulează pe procesor timp de User time + System time. Observăm că Elapsed time este mai mare decât timpul efectiv de rulare a procesului pe procesor. Acest lucru se întâmplă întrucât în acest timp au mai rulat și alte procese procesor, timp în care procesul curent a așteptat.

Pentru a afișa ierarhia de procese a sistemului folosim comenzile de mai jos:

pstree
ps -H

Rădăcina ierarhiei este procesul init (PID-ul 1), procesul părinte al sistemului.

Vrem să vizualizăm evoluția arborelui de procese. Vom vizualiza subarborele unui proces shell.

Pentru început, aflăm PID-ul procesului shell curent:

echo $$

Fie $PID valorea afișată de comanda de mai sus. Deschidem un shell nou și rulăm comanda:

watch -n 1 pstree -a -p $PID

Comanda de mai sus afișează, cu refresh de o secundă, ierarhia de procese începând cu shell-ul inițial.

Pentru a altera ierarhia, rulăm comenzile de mai jos:

sleep 20 &
bash
sleep 30       # asteptati terminarea comenzii
exit

Observăm evoluția ierarhiei în al doilea shell:

• La început se creează un proces sleep pe post de proces copil. Este rulat în background deci revine controlul shell-ului curent.
• Shell-ul curent creează un alt shell. Acum shell-ul curent are două procese copil: procesul sleep 20 și procesul bash nou creat.
• Shell-ul cel nou creează și el la rândul său un proces sleep și așteaptă încheierea sa. În acest moment shell-ul inițial are un proces copil sleep, un proces copil bash și un proces “nepot” sleep.
• La încheierea rulării execuției proceselor, ierarhia se destramă.

Pentru a urmări numărul de schimbări de context ale unui proces, consultăm fișierul /proc/$PID/status. Ne interesează câmpurile voluntary_ctxt_switches și nonvoluntary_ctxt_switches. Pentru a urmări aceste valori pentru shell-ul curent folosim comanda:

cat /proc/$$/status

Câmpul voluntary_ctxt_switches (schimbări de context voluntare) se referă la schimbările în care procesul lasă de bună voie procesorul, de obicei acțiuni blocante de intrare/ieșire. Câmpul nonvoluntary_ctxt_switcher (schimbări de context nevoluntar) se referă la schimbările în care procesul este dat la o parte de pe procesor; de obicei acest lucru înseamnă expirarea cuantei curente de rulare; poate fi vorba și de apariția unui proces de prioritate mai bună.

Dacă rulăm multe ori comanda de mai sus (cat /proc/$$/status) vom observa alterarea celor două câmpuri. Se alterează preponderent câmpul voluntary_ctxt_switches întrucât procesul curent, shell-ul, așteaptă în general intrare de la utilizator. Făcând în majoritate acțiuni de intrare/ieșire (blocante), cele mai dese schimbări de context sunt cele voluntare.

Intrați în directorul ctxt-switch/ din arhiva cu demo-uri a cursului.

• Parcurgeți fișierele cpu.c și io.c.
• Compilați cele două programe folosind comanda:

  make

  • Veți obține executabilele cpu și io.
• Rulați executabilul cpu:

  ./cpu

  • Într-o altă consolă urmăriți numărul de context switch-uri realizate de procesul nou creat:

    cat /proc/$(pidof cpu)/status

  • Observați că se modifică preponderent valoarea câmpului nonvoluntary_ctxt_switches. Cum explicați?
• Rulați executabilul io:

  ./io

  • Într-o altă consolă urmăriți numărul de context switch-uri realizate de procesul nou creat:

    cat /proc/$(pidof io)/status

  • Observați că se modifică preponderent valoarea câmpului voluntary_ctxt_switches. Cum explicați?
  • De ce în modificarea câmpului voluntary_ctxt_switches se face doar în cazul apelului sleep(), nu și în cazul apelului write() (apel de I/O)?

1. Intrați în directorul fork-file-pointer/ din arhiva cu demo-uri a cursului.
   • Parcurgeți fișierele fork-file-pointer.c.
   • Compilați cele două programe folosind comanda:

     make

     • Veți obține executabilele fork-file-pointer.
   • Rulați executabilul fork-file-pointer:

     ./fork-file-pointer

     • Într-o altă consolă urmăriți evoluția cursorului de fișier pentru procesul creat (procesul părinte) folosind comanda:

       lsof -a -o -d 0-1023 -p $(pidof fork-file-pointer | cut -d ' ' -f 1)

       • Cursorul de fișier este indicat de coloana OFFSET.
     • Vizualizați conținutul fișierului f.txt după rularea programului:

       cat f.txt

   • Se observă că, în urma fork(), se partajează cursorul de fișier al fișierelor deschise înainte de fork().

1. Intrați în directorul orphan-zombie/ din arhiva cu demo-uri a cursului.
   • Parcurgeți fișierele orphan.c și zombie.c.
   • Compilați cele două programe folosind comanda:

     make

     • Veți obține executabilele orphan și zombie.
   • Rulați executabilul orphan:

     ./orphan

     • Într-o altă consolă urmăriți PID-urile și PPID-urile celor două procese (părinte și copil):

       watch -n 1 ps -f -C orphan

     • Urmăriți mesajele afișate de procesul copil. Mesajele vor fi afișate și după terminarea procesului părinte.
     • Observați actualizarea PID-ului procesului părinte (PPID) pentru procesul copil. Observați înfierea acestuia de procesul init.
   • Rulați executabilul zombie:

     ./zombie

     • Într-o altă consolă urmăriți cele două procese (părinte și copil):

       watch -n 1 ps -f -C zombie

     • Observați trecerea procesului copil în starea zombie; în ieșirea comenzii ps apare șirul <defunct>.
     • Observați eliminarea procesului zombie după așteptarea sa de procesul părinte.