Sistemi Operativi. Processi in Linux - Part Ottobre 2007

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1 Sistemi Operativi Processi in Linux - Part 2 Davide Ariu davide.ariu@diee.unica.it Igino Corona igino.corona@diee.unica.it 23 Ottobre 2007

2 Outline Creating a process Process Identiers Permissions Risorse utili

3 Creating a process Ciclo di vita di un processo fork La creazione di un nuovo processo avviene generando una copia di un processo esistente attraverso la funzione fork

4 Creating a process Ciclo di vita di un processo fork La creazione di un nuovo processo avviene generando una copia di un processo esistente attraverso la funzione fork Il nuovo processo è dotato di un PID (Process IDentier) distinto.

5 Creating a process Ciclo di vita di un processo fork La creazione di un nuovo processo avviene generando una copia di un processo esistente attraverso la funzione fork Il nuovo processo è dotato di un PID (Process IDentier) distinto. fork è una funzione che è in grado di restituire due valori distinti. Al processo glio restituisce il valore 0, al processo padre restituisce il PID del processo glio. Un processo, per capire stabilire il suo ruolo, deve analizzare il valore restituitogli dalla fork.

6 Creating a process PARENT - CHILD Processes Considerazioni sull'esempio 3.2:

7 Creating a process PARENT - CHILD Processes Considerazioni sull'esempio 3.2: Uso di write al posto di cout: cout usa un buer, l'output prodotto viene visualizzato solo quando Lo spazio sul buer termina Il processo chiamante muore Viene esplicitamente eettuato un ush del buer

8 Creating a process PARENT - CHILD Processes Considerazioni sull'esempio 3.2: Uso di write al posto di cout: cout usa un buer, l'output prodotto viene visualizzato solo quando Lo spazio sul buer termina Il processo chiamante muore Viene esplicitamente eettuato un ush del buer sleep serve per rallentare il processo (in modo che non termini in un quanto di tempo)

9 Creating a process PARENT - CHILD Processes Considerazioni sull'esempio 3.2: Uso di write al posto di cout: cout usa un buer, l'output prodotto viene visualizzato solo quando Lo spazio sul buer termina Il processo chiamante muore Viene esplicitamente eettuato un ush del buer sleep serve per rallentare il processo (in modo che non termini in un quanto di tempo) Uno dei due processi termina prima dell'altro

10 Creating a process Perchè i processi generano gli? Esistono dei processi chiamati daemon che forniscono servizi su richiesta (ad es. syslogd (system logging daemon), lpd (line printer daemon))

11 Creating a process Perchè i processi generano gli? Esistono dei processi chiamati daemon che forniscono servizi su richiesta (ad es. syslogd (system logging daemon), lpd (line printer daemon)) Restano in ascolto in attesa di richieste

12 Creating a process Perchè i processi generano gli? Esistono dei processi chiamati daemon che forniscono servizi su richiesta (ad es. syslogd (system logging daemon), lpd (line printer daemon)) Restano in ascolto in attesa di richieste Per ogni richiesta il daemon genera un glio (o un thread) che la gestisce

13 Creating a process Perchè i processi generano gli? Esistono dei processi chiamati daemon che forniscono servizi su richiesta (ad es. syslogd (system logging daemon), lpd (line printer daemon)) Restano in ascolto in attesa di richieste Per ogni richiesta il daemon genera un glio (o un thread) che la gestisce Ci sono situazioni in cui un processo genera un glio, per poter sostituire il codice (eseguibile) del glio con il codice (eseguibile) di un altro programma

14 Creating a process Perchè i processi generano gli? Esistono dei processi chiamati daemon che forniscono servizi su richiesta (ad es. syslogd (system logging daemon), lpd (line printer daemon)) Restano in ascolto in attesa di richieste Per ogni richiesta il daemon genera un glio (o un thread) che la gestisce Ci sono situazioni in cui un processo genera un glio, per poter sostituire il codice (eseguibile) del glio con il codice (eseguibile) di un altro programma La famiglia di funzioni exec consente di operare questa sostituzione del codice

15 Creating a process Le funzioni exec Abbiamo a disposizione 5 funzioni di libreria: execl execv execle execlp execvp

16 Creating a process Le funzioni exec Abbiamo a disposizione 5 funzioni di libreria: execl execv execle execlp execvp Tutte queste funzioni si appoggiano alla syscall execve

17 Creating a process Le funzioni exec Abbiamo a disposizione 5 funzioni di libreria: execl execv execle execlp execvp Tutte queste funzioni si appoggiano alla syscall execve La chiamata ad una delle funzioni della famiglia exec provoca la sostituzione dell'immagine del processo chiamante con l'immagine di un nuovo processo

18 Creating a process Le funzioni exec Abbiamo a disposizione 5 funzioni di libreria: execl execv execle execlp execvp Tutte queste funzioni si appoggiano alla syscall execve La chiamata ad una delle funzioni della famiglia exec provoca la sostituzione dell'immagine del processo chiamante con l'immagine di un nuovo processo Se la chiamata ha successo la funzione non ritorna

19 Creating a process Le funzioni exec Abbiamo a disposizione 5 funzioni di libreria: execl execv execle execlp execvp Tutte queste funzioni si appoggiano alla syscall execve La chiamata ad una delle funzioni della famiglia exec provoca la sostituzione dell'immagine del processo chiamante con l'immagine di un nuovo processo Se la chiamata ha successo la funzione non ritorna Text, Data e Stack Segment vengono sovrascritti dal nuovo processo, solo la u-area rimane identica

20 Creating a process Le funzioni exec - Nomenclatura Dopo la parola exec:

21 Creating a process Le funzioni exec - Nomenclatura Dopo la parola exec: l indica che gli argomenti della funzione sono elencati uno dopo l'altro (lista di argomenti) es. int execl(const char *path, const cha *arg0,... const char *argn, char * / NULL /)

22 Creating a process Le funzioni exec - Nomenclatura Dopo la parola exec: l indica che gli argomenti della funzione sono elencati uno dopo l'altro (lista di argomenti) es. int execl(const char *path, const cha *arg0,... const char *argn, char * / NULL /) v indica che gli argomenti della funzione sono contenuti in un array es. int execv(const char *path, const char *argv[])

23 Creating a process Le funzioni exec - Nomenclatura Dopo la parola exec: l indica che gli argomenti della funzione sono elencati uno dopo l'altro (lista di argomenti) es. int execl(const char *path, const cha *arg0,... const char *argn, char * / NULL /) v indica che gli argomenti della funzione sono contenuti in un array es. int execv(const char *path, const char *argv[]) Dopo l o v ci possono essere e, che indica che il programmatore costruisce la lista delle variabili d'ambiente e la passa alla funzione p, che indica che il programma va cercato nei percorsi specicati dalla variabile d'ambiente PATH

24 Creating a process Funzionamento della exec Esempio $ cat file.txt > file2.txt La shell crea un glio tramite una fork La nuova shell (shell glia) chiude lo standard output di default (monitor), apre le2.txt e lo mappa sullo standard output Viene chiamata la system call execve che sovrascrive l'immagine del processo nuova shell con quella del processo creato per eseguire il comando cat La shell aspetta la ne del glio (system call wait) e poi ritorna attiva (visualizza il prompt)

25 Creating a process execlp int execlp(const char *file, const char *argv0,..., const char *argn, char * /*NULL*/); Si usa quando il numero di parametri è noto a priori. Di solito argv0 coincide con le o con il nome del comando senza includere il percorso (Esempio p3.3.cpp. Si fornisca il nome di un le di testo come argomento)

26 Creating a process execvp int execvp(const char *file, const char *argv[]); Si usa quando il numero di parametri può variare dinamicamente Il vettore argv[] contiene la lista dei parametri. (Esempio p3.4.cpp e 3.5.cpp)

27 Process Identiers Identicatori di un processo Ciascun processo è individuato da alcuni identicatori che consentono al Sistema Operativo di gestirlo

28 Process Identiers Identicatori di un processo Ciascun processo è individuato da alcuni identicatori che consentono al Sistema Operativo di gestirlo Il PID, ovvero un numero intero che identica univocamente il processo

29 Process Identiers Identicatori di un processo Ciascun processo è individuato da alcuni identicatori che consentono al Sistema Operativo di gestirlo Il PID, ovvero un numero intero che identica univocamente il processo Il PPID, ovvero il PID del processo genitore

30 Process Identiers Identicatori di un processo Ciascun processo è individuato da alcuni identicatori che consentono al Sistema Operativo di gestirlo Il PID, ovvero un numero intero che identica univocamente il processo Il PPID, ovvero il PID del processo genitore Il PGID, ovvero l'identicatore del gruppo di processi al quale il processo appartiene

31 Process Identiers Identicatori di un processo Process IDentier - PID

32 Process Identiers Identicatori di un processo Process IDentier - PID Il PID è un numero intero che identica univocamente un processo.

33 Process Identiers Identicatori di un processo Process IDentier - PID Il PID è un numero intero che identica univocamente un processo. Il Sistema Operativo assegna un PID crescente ai nuovi processi che vengono generati.

34 Process Identiers Identicatori di un processo Process IDentier - PID Il PID è un numero intero che identica univocamente un processo. Il Sistema Operativo assegna un PID crescente ai nuovi processi che vengono generati. Alcuni processi del Sistema Operativo che vengono generati in fase di bootstrap sempre nello stesso ordine hanno sempre lo stesso PID.

35 Process Identiers Identicatori di un processo Process IDentier - PID Il PID è un numero intero che identica univocamente un processo. Il Sistema Operativo assegna un PID crescente ai nuovi processi che vengono generati. Alcuni processi del Sistema Operativo che vengono generati in fase di bootstrap sempre nello stesso ordine hanno sempre lo stesso PID. La syscall che consente di ottenere il PID di un processo è getpid() (vd. getpid.cpp) Es. cout My process ID is getpid() endl

36 Process Identiers Identicatori di un processo Parent Process IDentier - PPID

37 Process Identiers Identicatori di un processo Parent Process IDentier - PPID A ciascun processo viene associato anche il PID del processo genitore

38 Process Identiers Identicatori di un processo Parent Process IDentier - PPID A ciascun processo viene associato anche il PID del processo genitore La syscall getppid() consente di ottenere il PID del processo padre (vd. getppid.cpp)

39 Process Identiers Identicatori di un processo Parent Process IDentier - PPID A ciascun processo viene associato anche il PID del processo genitore La syscall getppid() consente di ottenere il PID del processo padre (vd. getppid.cpp) Se da un processo glio è possibile risalire al processo padre, non è possibile il percorso inverso: non esiste alcuna syscall attraverso la quale è possibile ottenere il PID di tutti i gli di un dato processo

40 Process Identiers Identicatori di un processo Parent Process IDentier - PPID A ciascun processo viene associato anche il PID del processo genitore La syscall getppid() consente di ottenere il PID del processo padre (vd. getppid.cpp) Se da un processo glio è possibile risalire al processo padre, non è possibile il percorso inverso: non esiste alcuna syscall attraverso la quale è possibile ottenere il PID di tutti i gli di un dato processo Per tenere traccia di questa informazione, un processo padre dovrebbe memorizzare i PID che gli vengono restituiti ogni volta che esso chiama la fork()

41 Process Identiers Identicatori di un processo Process Group IDentier - PGID

42 Process Identiers Identicatori di un processo Process Group IDentier - PGID Un processo e tutti i suoi processi gli costituiscono un gruppo

43 Process Identiers Identicatori di un processo Process Group IDentier - PGID Un processo e tutti i suoi processi gli costituiscono un gruppo Il processo genitore è il process leader

44 Process Identiers Identicatori di un processo Process Group IDentier - PGID Un processo e tutti i suoi processi gli costituiscono un gruppo Il processo genitore è il process leader L'ID del processo genitore è anche l'identicatore del gruppo (PGID)

45 Process Identiers Identicatori di un processo Process Group IDentier - PGID Un processo e tutti i suoi processi gli costituiscono un gruppo Il processo genitore è il process leader L'ID del processo genitore è anche l'identicatore del gruppo (PGID) Il concetto di gruppo è molto importante per la distribuzione dei segnali tra i processi: se il processo padre riceve un segnale di terminazione (kill), questo segnale verrà inoltrato anche a tutti i processi gli (ovvero quelli che fanno parte del suo gruppo)

46 Process Identiers Identicatori di un processo Process Group IDentier - PGID Un processo e tutti i suoi processi gli costituiscono un gruppo Il processo genitore è il process leader L'ID del processo genitore è anche l'identicatore del gruppo (PGID) Il concetto di gruppo è molto importante per la distribuzione dei segnali tra i processi: se il processo padre riceve un segnale di terminazione (kill), questo segnale verrà inoltrato anche a tutti i processi gli (ovvero quelli che fanno parte del suo gruppo) getpgid() è la syscall che consente di ottenere l'id del gruppo di un processo (vd. getpgid.cpp)

47 Permissions Permessi Nei sistemi UNIX, a ciascun le è associato un set di bit che individua quali siano i tipi di operazioni consentite su quel le per tutti gli utenti del sistema.

48 Permissions Permessi Nei sistemi UNIX, a ciascun le è associato un set di bit che individua quali siano i tipi di operazioni consentite su quel le per tutti gli utenti del sistema. 9 bit, divisi in tre set di 3 bit ciascuno

49 Permissions Permessi Nei sistemi UNIX, a ciascun le è associato un set di bit che individua quali siano i tipi di operazioni consentite su quel le per tutti gli utenti del sistema. 9 bit, divisi in tre set di 3 bit ciascuno 3 bit descrivono i permessi per il proprietario (owner) del le, 3 bit sono relativi al gruppo di utenti cui il proprietario appartiene (group), 3 bit descrivono i bit per tutti gli altri utenti (other)

50 Permissions Permessi Nei sistemi UNIX, a ciascun le è associato un set di bit che individua quali siano i tipi di operazioni consentite su quel le per tutti gli utenti del sistema. 9 bit, divisi in tre set di 3 bit ciascuno 3 bit descrivono i permessi per il proprietario (owner) del le, 3 bit sono relativi al gruppo di utenti cui il proprietario appartiene (group), 3 bit descrivono i bit per tutti gli altri utenti (other) I 3 bit di ogni set individuano rispettivamente i permessi in lettura (read), scrittura (write) e esecuzione (execution)

51 Permissions Permessi

52 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale.

53 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale. rwx r-x rw- = 756 signica:

54 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale. rwx r-x rw- = 756 signica: Che il proprietario ha permessi di lettura, scritturae esecuzione

55 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale. rwx r-x rw- = 756 signica: Che il proprietario ha permessi di lettura, scritturae esecuzione Che al gruppo del proprietario sono concessi i permessi di letturae esecuzione ma non di scrittura

56 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale. rwx r-x rw- = 756 signica: Che il proprietario ha permessi di lettura, scritturae esecuzione Che al gruppo del proprietario sono concessi i permessi di letturae esecuzione ma non di scrittura Che a tutti gli altri utenti sono concessi i permessi di letturae scritturama non di esecuzione

57 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale. rwx r-x rw- = 756 signica: Che il proprietario ha permessi di lettura, scritturae esecuzione Che al gruppo del proprietario sono concessi i permessi di letturae esecuzione ma non di scrittura Che a tutti gli altri utenti sono concessi i permessi di letturae scritturama non di esecuzione Il comando chmod consente al proprietario (o a root) di cambiare i permessi di accesso ad un le

58 Permissions Permessi I permessi possono rappresentati da tre cifre in ottale. rwx r-x rw- = 756 signica: Che il proprietario ha permessi di lettura, scritturae esecuzione Che al gruppo del proprietario sono concessi i permessi di letturae esecuzione ma non di scrittura Che a tutti gli altri utenti sono concessi i permessi di letturae scritturama non di esecuzione Il comando chmod consente al proprietario (o a root) di cambiare i permessi di accesso ad un le Il comando ls -l consente di elencare i le con i relativi permessi

59 Permissions Permessi E' il sistema operativo che assegna dei permessi di default ad un le quando questo viene creato. Questi permessi vengono determinati in modo automatico eettuando un operazione bit a bit tra la creation mask e la umask La creation mask vale di default 777 per les eseguibili e directories e 666 per gli altri les La umask vale di default 022 Il valore della umask può essere visualizzato o modicato utilizzando il comando umask Il valore della umask può essere impostato per ciascun utente all'interno del le.bash_prole

60 Permissions Identicatori di utente e di gruppo Ciascun utente è identicato da real user ID (UID), associato al nome utente real group ID (GID), associato al nome del gruppo di cui fa parte l'utente

61 Permissions Identicatori di utente e di gruppo Ciascun utente è identicato da real user ID (UID), associato al nome utente real group ID (GID), associato al nome del gruppo di cui fa parte l'utente A ciascun processo sono associati eective user ID (EUID) eective group ID (EGID)

62 Permissions Identicatori di utente e di gruppo Ciascun utente è identicato da real user ID (UID), associato al nome utente real group ID (GID), associato al nome del gruppo di cui fa parte l'utente A ciascun processo sono associati eective user ID (EUID) eective group ID (EGID) Dal momento che tutti i processi (eccetto alcuni processi di sistema) vengono creati da utenti, di solito l'eectiveid coincide con il realid.

63 Permissions Set User ID E' dunque possibile distinguere: Un real ID usato dal sistema per , accounting, ecc.

64 Permissions Set User ID E' dunque possibile distinguere: Un real ID usato dal sistema per , accounting, ecc. Un eective ID per stabilire i privilegi associati a quel processo Es. Per cambiare la propria password è necessario avere i privilegi di root eective group ID (EGID)

65 Permissions Set User ID E' dunque possibile distinguere: Un real ID usato dal sistema per , accounting, ecc. Un eective ID per stabilire i privilegi associati a quel processo Es. Per cambiare la propria password è necessario avere i privilegi di root eective group ID (EGID) Esiste un altro insieme di permessi SUID (set-user-id) e SGID (set-group-id). Questi permessi dicono al sistema operativo che quando il programma è in esecuzione deve avere gli stessi privilegi dell owner-gruppo del proprietario del programma (e non quelli dello user/gruppo associati al processo). (/usr/bin/passw può essere eseguito come root)

66 Permissions Limiti di risorse per un processo Il comando ulimit consente di visualizzare le risorse disponibili ulimit -ah: hard limits(possono essere modicati solo dal superuser) ulimit -as: soft limits(possono essere modicati dall'utente). Un soft limit è tipicamente minore o ugaule al corrispondente hard limit I limiti visualizzati sono relativi a cpu seconds, dimensione max di un le, spazio complessivo relativo ai segmenti di dati e di stack, spazio per il segmento di stack, numero descrittori di le, ecc.

67 Permissions Segnali Possono essere pensati come l'analogo software degli interruptper l'hardware. Possono essere generati da Hardware: ad es., un processo cerca di accedere ad aree di memoria non autorizzate Kernel: ad es., per noticare ad un processo che la periferica di cui era in attesa è pronta Altri processi: ad es., un processo glio notica al genitore che ha terminato Utente: ad es., producendo segnali di quit, interrupt o stop attraverso la tastiera

68 Permissions Segnali I segnali sono numerati ( man 7 signal ) <sys/signal.h>

69 Permissions Segnali I segnali sono numerati ( man 7 signal ) <sys/signal.h> Un processo che ha ricevuto un segnale può: Eseguire l'azione di default per quel segnale, specicata dal sistema Es.: (a) noticare al genitore la terminazione, (b) generare un core dump (copia su le dell'immagine del processo in memoria), (c) terminare Ignorare il segnale (non valido per SIGSTOP e SIGKILL) Catturare il segnale ed eseguire la routine legata al segnale (non valido per SIGSTOP e SIGKILL)

70 Permissions Informazioni sui le L'immagine di un processo contiene informazioni sui le aperti dal processo stesso A ciascun le aperto è associato un numero intero, chiamato descrittore di le Il descrittore di le è l'indice di una tabella con 1024 righe che si trova nella u-area del processo (contiene i le aperti dal processo) Il sistema operativo gestisce la tabella dei le aperti da tutti i processi (system le table) Nella tabella dei descrittori dei le di ciascun processo c'è il riferimento alla corrispondente riga della tabella di sistema

71 Permissions Informazioni sui le

72 Permissions Informazioni sui le Ciascun glio può accedere ai le aperti dal padre usando gli stessi descrittori Figlio e padre possono leggere/scrivere indipendentemente Identicatori di default: 0 stdin (input standard) 1 stdout (output standard) 2 stderr (errori: di solito coincide con il dispositivo stdout)

73 Permissions Il lesystem proc E' un lesystem virtuale che contiene informazioni relative al kernel, strutture dati del kernel, stato di ciascun processo e thread associati. ( man 5 proc ) E' virtuale perchè le informazioni non sono memorizzate su disco, ma in memoria principale Le informazioni memorizzate in /proc possono essere visualizzate con il comando procinfo ls /proc Gli elementi numerici sono associati ai processi, mentre gli elementi non-numerici sono associati al kernel

74 Permissions Il lesystem proc Per ogni processo, la relativa directory contiene cmdline - Lista argomenti in linea di comando cpu - Informazioni sull'uso della CPU cwd - Current working directory exe - Link simbolico al le binario del processo environ - Variabili d'ambiente fd - Identicatori numerici dei le aperti etc.

75 Risorse utili Risorse utili Alcuni riferimenti John Shapley Gray, Interprocess Communications in LINUX, The Nooks & Crannies B. W. Kernighan, D. M. Ritchie, Il Linguaggio C, Prentice Hall Herbert Schildt, Guida al C++, Mc Graw Hill