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1 Il sistema operativo LINUX Giorgio Di Natale Stefano Di Carlo Politecnico di Torino Dip. Automatica e Informatica Processo Un processo è un programma in esecuzione: PID unico codice dati librerie risorse di sistema environment In un sistema multitask i processi in esecuzione si contendono e/o condividono le risorse di sistema System call per processi Struttura di un processo uid_t getuid() get user ID uid_t getgid() get group ID uid_t getpid() get process ID uid_t getppid() get parent process ID uid_t getpgrp() getparentgroupid u1> grep pippo file1 u2> grep pluto file2 PID 101 PID 102 codice dati t=pippo librerie file grep (eseguibile) Librerie codice dati t=pluto librerie file file1 file2 G. Di Natale, S. Di Carlo 1

2 system( ) #include <stdlib.h> int system (const char *string); invoca il programma string all interno di una shell inefficiente nuovo environment dipende dalla shell utilizzata exec... ( ) char **environ; int execl (const char *path, const char *arg0,, (char *)0); int execv (const char *path, const char *argv[]); exec... ( ) exec... ( ) Sostituiscono l immagine del processo corrente con il programma, i parametri e l environment indicati execl specifica esplicitamente i parametri execl ( /bin/ps, ps, -ax, 0); execv usa una stringa unica per i parametri execv ( /bin/ps, ps ax ); Versioni modificate: Exec[lv]p() cerca il programma nel PATH corrente execlp (command, arg0,..., argn, 0); execvp (command, argv); Exec[lv]e() consente di passare esplicitamente anche l environment execle (path, arg0,..., argn, 0, env); execve (path, argv, env); G. Di Natale, S. Di Carlo 2

3 File descriptor ed exec ( ) Vengono mantenuti tutti i file descriptor esistenti (compresi stdin, stdout, stderr) Duplicazione di un processo Duplicazione di un processo fork ( ) consente di duplicare l immagine di un processo genera un processo figlio identico al padre (tranne che per il PID) eseguito in parallelo Processo iniziale... pid = fork ( ) pid == PID figlio... continua l esecuzione Processo figlio pid=fork ( ) pid == 0 fork ( ) fork ( ) pid_t fork (void) Valore restituito: il PID del figlio (nell istanza di codice del padre) e zero (nel figlio) -1 se non è possibile allocare un nuovo processo Il figlio è solo una nuova entry nella tabella dei processi che condivide codice e dati con il padre modifiche dei dati nel processo figlio provocano la replicazione del segmento dati G. Di Natale, S. Di Carlo 3

4 #include <stdio.h> int main() { pid_t pid; char *message; int n; printf ( start fork.c\n ); pid = fork(); switch (pid) { case -1: printf ( fork failed\n ); exit(1); case 0: message= processo figlio ; n=5; break; default: message= processo padre ; n=3; break; for (; n>0; n--) {puts(message); sleep(1); exit (0); #include <sys/wait.h> pid_twait(int*stat_loc); wait ( ) Blocca un processo fino alla terminazione di uno dei figli Restituisce il PID del processo figlio terminato stat_loc restituisce lo stato di uscita del processo figlio (valore restituito da main o exit) sys/wait.h contiene alcune macro per interpretare l informazione di stato #include <stdio.h> int main() { pid_t pid; char *message; int n; int exit_code; printf ( start fork.c\n ); pid = fork(); switch (pid) { case -1: printf ( fork failed\n ); exit(1); case 0: message= processo figlio ; n=5; exit_code=40; break; default: message= processo padre ; n=3; exit_code=0; break; for (; n>0; n--) {puts(message); sleep(1); Processi Zombie if (pid!= 0) { int stat_val; pid_t child_pid; child_pid = wait (&stat_val); printf( Figlio terminato: PID = %d\n, child_pid); if (WIFEXITED(stat_val)) printf( Valore restituito: %d\n, WEXITSTATUS(stat_val)); else printf ( Terminazione anormale\n ); exit(exit_code); Un processo terminato per il quale non è stata eseguita una wait si dice zombie il segmento dati del processo non viene rimosso dalla process table per tenere traccia dello stato di uscita l entry viene rimossa solo dopo che il padre ha eseguito una wait se il padre termina prima di eseguire la wait il processo figlio viene ereditato dal processo init (PID=1) G. Di Natale, S. Di Carlo 4

5 waitpid ( ) waitpid ( ) #include <sys/wait.h> pid_t waitpid (pid_t pid, int *stat_loc, int options); Parametri: options=wnohang non blocca il padre restituisce -1 se non ci sono figli terminati pid: -1 attende qualsiasi processo figlio < -1 attende il figlio il cui PGID=-pid 0 attende il figlio il cui PGID=PGID del processo chiamante > 0 attende il figlio il cui PID=pid waitpid (child_pid, (int *)0, WNOHANG); Segnali Un segnale è un evento di sistema inviato ad un processo i segnali sono generati al verificarsi di alcune condizioni quali: condizioni di errore, violazioni di segmentazione di memoria, errori floating point o istruzioni illegali possono venire utilizzati per la comunicazione tra i processi signal.h definisce i nomi dei segnali SIGABORT Process abort SIGALARM Alarm clock SIGFPE FP exception SIGHUP Hangup SIGILL Illegal instruction SIGINT Terminal interrupt SIGKILL Kill (non mascherabile) SIGPIPE Write on a pipe with no reader SIGQUIT Terminal quit SIGSEGV Invalid memory segment access SIGTERM Termination SIGUSR1 User-defined signal 1 SIGUSR2 User-defined signal 2 SIGCHLD Child process stopped or exited comando kill Invia (da shell) un segnale ad un processo: kill -HUP 123 Se il processo non è programmato per gestire il segnale (non è stato predisposto un signal handler) il processo viene terminato G. Di Natale, S. Di Carlo 5

6 signal ( ) signal ( ) void (*signal (int sig, void (*func)(int)))(int); signal consente di settare un signal handler Ha due parametri: sig: segnale da intercettare func: la funzione da invocare che ha un solo parametro di tipo int (il segnale ricevuto) signal restituisce la funzione che precedentemente gestiva quel segnale Esistono due segnali speciali SIG_IGN: ignora il segnale SIG_DFL: imposta l handler di default #include <stdio.h> void manager(int sig){ printf( Ricevuto il segnale %d\n, sig); (void) signal(sigint, SIG_DFL); int main(){ (void) signal(sigint, manager); while (1){ printf( main: Hello!\n ); sleep(1); int kill (pid_t pid, int sig); kill ( ) Invia un segnale ad un processo E possibile spedire segnali solo a processi con lo stesso UID alarm ( ) unsigned int alarm(unsigned int seconds); Invia SIGALARM dopo seconds secondi 0 secondi disattiva precedenti alarm Chiamate successive ri-schedulano l alarm Restituisce il numero di secondi rimasti prima dell invio /* alarm.c simula il funzionamento di alarm () utilizzando fork, signal e sleep. Equivalente a alarm(5); */ #include <stdio.h> static int alarm_fired=0; G. Di Natale, S. Di Carlo 6

7 void ding(int sig) { alarm_fired = 1; main () { pid_t pid; printf( Alarm application start\n ); pid = fork(); switch (pid) { case -1: perror( fork failed ); exit(1); case 0: /* child */ sleep(5); kill(getppid(), SIGALRM); exit(0); /* father */ printf ( waiting alarm to go off\n ); (void) signal(sigalrm, ding); pause(); /* suspend until the next signal arrives */ if (alarm_fired) printf ( Ding!\n ); printf ( Done\n ); exit (0); switch (pid) { case -1: perror( fork failed ); exit(1); case 0: /* child */ sleep(5); kill(getppid(), SIGALRM); exit(0); Il programma riparte dalla riga successiva dopo aver /* father ricevuto */ un qualsiasi segnale printf ( waiting alarm to go off\n ); (void) signal(sigalrm, ding); pause(); /* suspend until the next signal arrives */ if (alarm_fired) printf ( Ding!\n ); printf ( Done\n ); exit (0); Race conditions La segnalazione tra processi può generare race conditions che portano il programma a non funzionare nel modo desiderato nell esempio precedente, se il segnale arriva dopo la signal, ma prima di pause, il main si blocca indefinitamente in attesa di un SIGALRM La funzione sigaction() consente di gestire in maniera robusta la segnalazione tra processi Race conditions (cont) Se un segnale è inviato quando si sta eseguendo l handler e prima di aver impostato il nuovo handler, il programma può funzionare non correttamente. void ding(int sig) { alarm_fired = 1; signal (SIGALRM, ding); Ogni processo ha una signal mask, l insieme dei segnali bloccati Se si invia un segnale a un processo che ha quel segnale nella signal mask, il segnale viene inserito in una coda di sgenali pendenti G. Di Natale, S. Di Carlo 7

8 int sigaction ( int sig, const struct sigaction *act, struct sigaction *oact); La struttura sigaction ha almeno i seguenti membri: void (*) (int) sa_handler sigset_t sa_mask int sa_flags Imposta le azioni da associare al segnale sig (act) restituendo le azioni associate in precedenza (oact) La struttura function, sigaction SIG_DFL ha almenoor i seguenti SIG_IGN membri: void (*) (int) sa_handler sigset_t sa_mask int sa_flags La struttura sigaction ha almeno i seguenti membri: segnali da bloccare void (*) (int) sa_handler sigset_t sa_mask int sa_flags Il campo sa_mask consente di specificare un insieme di segnali da mascherare prima che la funzione sa_handler venga invocata queste consente di eliminare le race conditions dovute a segnali ricevuti prima che sa_handler termini La struttura sigaction ha almeno i seguenti membri: void (*) (int) funzionalità sa_handler di sigaction sigset_t sa_mask int sa_flags G. Di Natale, S. Di Carlo 8

9 sa_flags Signal sets SA_NOCLDSTOP non genera SIGCHLD quando un processo figlio viene terminato SA_RESETHAND resetta sa_handler to SIG_DFL dopo l esecuzione Un insieme di funzioni definite in signal.h consentono di modificare la signal mask int sigprocmask(int fcn, sigset_t *m, sigset_t *o); int sigpending(sigset_t *mask); int sigaddset(sigset_t *set, int signo); int sigemptyset(sigset_t *set); int sigfillset(sigset_t *set); int sigdelset(sigset_t *set, int signo); int sigismember(sigset_t *set, int signo); sigprocmask ( ) sigpending ( ) int sigprocmask( int how, const sigset_t *set, int signo) modifica la signal mask how: SIG_BLOCK SIG_SETMASK SIG_UNBLOCK int sigpending (sigset_t *set); Restituisce eventuali segnali bloccati dalla maschera sigsuspend ( ) Thread int sigsuspend (const sigset_t *sigmask); Sospende il processo chiamante fino all arrivo di uno dei segnali specificati in sigmask (versione generallizzata di pause) La specifica POSIX c introduce il concetto di thread: si tratta di una sezione di un processo che viene schedulata ed eseguita indipendentemente dal processo (thread) che l ha generata una thread ha il proprio stack (variabili locali), ma condivide con il processo (thread) originatore le variabili globali, i descrittori di file ed i gestori dei segnali G. Di Natale, S. Di Carlo 9

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