System Calls per la Gestione dei Processi

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1 System Calls per la Gestione dei Processi Domenico Cotroneo Dipartimento di Informatica e Sistemistica Università degli Studi di Napoli Federico II Roadmap Process Context Identificativi getpid() getppid() sleep() Alcune chiamate di sistema: fork() exec() wait() exit() System Calls System calls Punti d entrata diretti attraverso cui un processo attivo può ottenere dei servizi dal kernel Un kernel di Unix ha tra 60 e 200 system calls La libreria standard del C dispone di un interfaccia per ogni chiamata di sistema, tipica delle funzioni C

2 I processi in Unix Le uniche entità attive in un sistema Unix Un programma che viene eseguito dal S.O. L unico modo in cui un processo può essere creato dal S.O. Unix è mediante la chiamata di sistema fork (eccezione processo init ) Process Context..comprende tutte le informazioni necessarie alla descrizione del processo: User Address Space: comprende pogram text, data, user stack, shared memory regions. Control Information: il Kernel utilizza due strutture dati per il mantenimento delle informazioni di un processo ( u area e proc structure). Ogni processo ha inoltre un proprio kernel stack e una tabella per la traduzione degli indirizzi (address translation map) Credential: include le informazioni relativi al PID, group id ed altre ancora Envinromental Variable:..varabili di ambiente Process Control Information (1/2) Il Kernel utilizza due strutture dati per ogni processo ( u area e proc structure). u area (user area) è allocata nello stesso spazio di indirizzamento del processo, e contiene tutte le informazioni che sono necessarie (UID,GID, PCB, argomenti di input/ritono, informazioni sulla gestione della memoria ecc ) solo quando il processo è in stato di running. Tale struttura è dunque visibile solo quando il processo è in esecuzione

3 Process Control Information (2/2) u proc structure contiene le informazioni che possono essere necessarie (Process Indentification, Sleep Channels, flag di stato, informazioni sullo stato di parentela con altri processi, signal handling information, current process state ecc ) anche quando il processo non è in esecuzione. Tale struttura è mantenuta del kernel. In particolare, il kernel alloca un array (dinamico), denominato process table, in cui alloca tutte le proc struct dei processi. La cardinalità di tale array indica il numero max di processi eseguibili nel sistema. ID del processo (PID) Ogni processo ha un unico identificatore di processo (Process Identifier: PID), intero tra 0 e 30000, assegnatogli dal kernel all atto della sua creazione Un processo ottiene il suo pid attraverso la chiamata di sistema : int getpid(); ID del processo genitore Ogni processo ha un processo genitore (eccetto il processo init) con il relativo pid Un processo ottiene il pid del padre attraverso la chiamata di sistema : int getppid();

4 Esercizio Scrivere un semplice programma che utilizzi le chiamate di sistema getpid() e getppid() Nota: utilizzare #include <unistd.h> getpid() e getppid() - Codice // File: PidDemo.cpp # include <iostream.h> # include <unistd.h> int main(void) { int pid, ppid; pid = getpid(); cout << "\nsono il processo pid = " << pid << endl; ppid = getppid(); cout << \nil mio processo genitore ha pid = " << ppid << endl; return 0; ID di processi speciali Processo scheduler : pid=0 Processo init : pid=1 Processo pagedaemon : pid=2

5 Funzione: sleep Sospende ( Mette a dormire ) un processo per un certo numero di secondi sleep(int sec) System Call fork 1/2 La creazione di nuovi processi è gestita mediante la chiamata di sistema fork(), che crea una copia esatta (figlio) del processo originale (padre) padre e figlio possiedono immagini di memoria distinte: le modifiche apportate alle proprie variabili da uno dei due processi non sono visibili all altro i file aperti dal padre prima della fork(), vengono condivisi con il figlio in seguito ad essa Padre e figlio riprendono l esecuzione dal punto in cui è stata eseguita la fork(). E possibile comunque distinguere il padre dal figlio utilizzando il valore, intero, restituito dalla primitiva System Call fork 2/2 pid = fork(); if (pid = = -1) { /* chiamata fallita */ else if (pid > 0) { /* codice del padre */ else { /* codice del figlio */

6 System Call wait 1/3 Consente al padre di ricongiungersi ad uno dei figli int wait(int *stato) Restituisce l ID del processo figlio che è terminato. Se non esistono figli, restituisce 1 int waitpid ( pid_t pid, int*stato, int options) System Call wait 2/3 Se i figli non sono ancora terminati, il kernel sospende il processo padre finchè uno dei figli non è terminato La variabile stato contiene il valore passato dal processo figlio alla system call exit Se un processo è terminato ma il suo genitore non ha ancora atteso(wait) la sua fine, il processo terminato viene definito processo zombie In tal caso il kernel rilascia tutte le risorse di tale processo tranne il suo stato di terminazione, per dargli la possibilità di ricongiungersi con il padre (wait) System Call wait 3/3 Se il processo genitore termina prima dei suoi processi figli, attivi o zombie, tali processi sono detti orfani In tal caso Unix assegna all ID del processo padre il valore 1, cioè diventano figli del processo init (non termina mai). I figli non sono consapevoli della terminazione del processo padre

7 System Call exec L unico modo in cui un programma può essere eseguito da Unix è che il processo esistente invii una chiamata di sistema exec (eccetto per il processo init ) Il nuovo programma viene eseguito nel contesto del processo chiamante, cioè il pid non cambia Fa ritorno al chiamante solo se si verifica un errore, altrimenti il controllo passa al nuovo programma Esistono varie versioni della exec : int execlp (char *nomefile, char *arg0,.., char *argn, (char *) 0); int execl (char *pathname, char *arg0,.., char *argn, (char *) 0); etc. Fork e exec If ((result=fork()) == 0) { // codice figlio if (execve( new program, )<0){ perror( execve failed ); exit(1); else if (result < 0){ perror( fork failed ); // Il padre continua da questo punto in poi System Call exit Un processo termina con la chiamata di sistema exit Quando exit viene invocata, uno stato di uscita numerico intero viene passato dal processo al kernel. Tale valore è disponibile al processo padre attraverso la chiamata di sistema wait Un processo che termina normalmente restituisce uno stato di uscita 0

8 Wait e Exit Esempio:Relazioni fra processi La capacità di creare nuovi processi è la chiave del funzionamento del timesharing in Unix in seguito al bootstrap, il kernel crea un processo detto init init legge il file /etc/inittab, per determinare il numero di terminali del sistema da attivare per ogni terminale, init genera un figlio che esegue il programma /bin/login passando il nome di login dell utente come argomento Il programma login cerca il nome di login nel file /etc/password ed eventualmente visualizza un prompt per richiedere la password Relazioni fra processi - Schema concettuale init Allo startup init init init /etc/inittab login login login shell shell Terminale 0 Terminale 1 Terminale 2 cp NB: al terminale 0 non è presente nessun untente al terminale 1, un utente ha appena terminato la fase di login al terminale 2, un utente è già entrato nel sistema e sta eseguendo una copia di file

9 Relazioni fra processi - login Il programma login gestisce l accesso degli utenti al sistema: Chiede username e password Verifica che la password (crittata) coincida con quella contenuta nel file /etc/passwd In caso affermativo, esegue il programma shell, vale a dire l interprete dei comandi Relazioni fra processi - shell L interprete dei comandi (shell): legge la linea di comando estrae la prima parola, assumendo che sia il nome di un programma cerca il programma in questione e lo lancia in esecuzione (mediante fork), passandogli come argomenti le altre parole presenti sulla linea di comando attende che il figlio termini, prima di presentare nuovamente il prompt d utente