X-Git-Url: https://gapil.gnulinux.it/gitweb/?p=gapil.git;a=blobdiff_plain;f=prochand.tex;h=f7ac31f56ae127fc5484fabc42fd6a30aa98b55b;hp=90da68176a6c4159f16cd0eb25900d6530d0008f;hb=6e74264a76f38d92c33420801d6df62dae4fa64f;hpb=2df3e366683f4df738d40a05b97f820fde1648d9 diff --git a/prochand.tex b/prochand.tex index 90da681..f7ac31f 100644 --- a/prochand.tex +++ b/prochand.tex @@ -27,42 +27,85 @@ generazione di nuovi processi caratteristiche di unix (che esamineremo in dettaglio più avanti) è che qualunque processo può a sua volta generarne altri, detti processi figli (\textit{child process}). Ogni processo è identificato presso il sistema da un -numero unico, il \acr{pid} (da \textit{process identifier}). +numero unico, il cosiddetto \textit{process identifier} o, più brevemente, +\acr{pid}. Una seconda caratteristica è che la generazione di un processo è una operazione separata rispetto al lancio di un programma. In genere la sequenza -è sempre quella di creare un nuovo processo, il quale si eseguirà, in un passo +è sempre quella di creare un nuovo processo, il quale eseguirà, in un passo successivo, il programma voluto: questo è ad esempio quello che fa la shell quando mette in esecuzione il programma che gli indichiamo nella linea di comando. Una terza caratteristica è che ogni processo viene sempre generato da un altro -che viene chiamato processo genitore (\textit{parent process}). Questo vale -per tutti i processi, con una eccezione (dato che ci deve essere un punto di -partenza), esiste sempre infatti un processo speciale, che normalmente è -\cmd{/sbin/init}, che viene lanciato dal kernel quando questo ha finito la -fase di avvio, esso essendo il primo processo lanciato ha sempre il \acr{pid} -uguale a 1 e non è figlio di nessuno. - -Questo è ovviamente un processo speciale, che in genere si occupa di far -partire tutti gli processi altri necessari al funzionamento del sistema, +che viene chiamato processo padre (\textit{parent process}). Questo vale per +tutti i processi, con una sola eccezione: dato che ci deve essere un punto di +partenza esiste sempre un processo speciale (che normalmente è +\cmd{/sbin/init}), che viene lanciato dal kernel alla conclusione della fase +di avvio, essendo questo il primo processo lanciato dal sistema ha sempre il +\acr{pid} uguale a 1 e non è figlio di nessun altro processo. + +Ovviamente \cmd{init} è un processo speciale che in genere si occupa di far +partire tutti gli altri processi necessari al funzionamento del sistema, inoltre \cmd{init} è essenziale per svolgere una serie di compiti amministrativi nelle operazioni ordinarie del sistema (torneremo si alcuni di -essi in \secref{}) e non può mai essere terminato. La struttura del sistema -comunque consente di lanciare al posto di \cmd{init} qualunque altro programma -(e in casi di emergenza, ad esempio se il file di \cmd{init} si fosse -corrotto, è possibile farlo ad esempio passando la riga \cmd{init=/bin/sh} -all'avvio). - -Dato che tutti i processi successivi sono comunque generati da \cmd{init} o da -suoi figli tutto ciò comporta che, i processi sono organizzati gerarchicamente -dalla relazione fra genitori e figli, in maniera analoga a come i file sono -organizzati in un albero di directory con alla base \file{/} (si veda -\secref{sec:file_file_struct}); in questo caso alla base dell'albero c'è il -processo \cmd{init} che è progenitore di ogni altro processo\footnote{in - realtà questo non è del tutto vero, in Linux ci sono alcuni processi che pur - comparendo come figli di init (ad esempio in \cmd{pstree}) sono generati - direttamente dal kernel, come \cmd{keventd}, \cmd{kswapd}, etc.}. +essi in \secref{sec:proc_termination}) e non può mai essere terminato. La +struttura del sistema comunque consente di lanciare al posto di \cmd{init} +qualunque altro programma (e in casi di emergenza, ad esempio se il file di +\cmd{init} si fosse corrotto, è ad esempio possibile lanciare una shell al suo +posto, passando la riga \cmd{init=/bin/sh} come parametro di avvio). + +\begin{figure}[!htb] + \footnotesize +\begin{verbatim} +[piccardi@selidor piccardi]$ pstree -n +init-+-keventd + |-kapm-idled + |-kreiserfsd + |-portmap + |-syslogd + |-klogd + |-named + |-rpc.statd + |-gpm + |-inetd + |-junkbuster + |-master-+-qmgr + | `-pickup + |-sshd + |-xfs + |-cron + |-bash---startx---xinit-+-XFree86 + | `-WindowMaker-+-ssh-agent + | |-wmtime + | |-wmmon + | |-wmmount + | |-wmppp + | |-wmcube + | |-wmmixer + | |-wmgtemp + | |-wterm---bash---pstree + | `-wterm---bash-+-emacs + | `-man---pager + |-5*[getty] + |-snort + `-wwwoffled +\end{verbatim} %$ + \caption{L'albero dei processi, così come riportato dal comando + \cmd{pstree}.} + \label{fig:proc_tree} +\end{figure} + +Dato che tutti i processi attivi nel sistema sono comunque generati da +\cmd{init} o da uno dei suoi figli\footnote{in realtà questo non è del tutto + vero, in Linux ci sono alcuni processi che pur comparendo come figli di + init, o con \acr{pid} successivi, sono in realtà generati direttamente dal + kernel, (come \cmd{keventd}, \cmd{kswapd}, etc.)} si possono classificare i +processi con la relazione padre/figlio in una organizzazione gerarchica ad +albero, in maniera analoga a come i file sono organizzati in un albero di +directory (si veda \secref{sec:file_file_struct}); in \nfig\ si è mostrato il +risultato del comando \cmd{pstree} che permette di mostrare questa struttura, +alla cui base c'è \cmd{init} che è progenitore di tutti gli altri processi. \subsection{Una panoramica sulle funzioni di gestione} @@ -78,13 +121,14 @@ affrontate in dettaglio in \secref{sec:proc_fork}). Se si vuole che il processo padre si fermi fino alla conclusione del processo figlio questo deve essere specificato subito dopo la \func{fork} chiamando la -funzione \func{wait} o la funzione \func{waitpid}; queste funzioni -restituiscono anche una informazione abbastanza limitata (il codice di uscita) -sulle cause della terminazione del processo. +funzione \func{wait} o la funzione \func{waitpid} (si veda +\secref{sec:proc_wait}); queste funzioni restituiscono anche una informazione +abbastanza limitata (lo stato di terminazione) sulle cause della terminazione +del processo. Quando un processo ha concluso il suo compito o ha incontrato un errore non risolvibile esso può essere terminato con la funzione \func{exit} (si veda -quanto discusso in \secref{sec:proc_termination}). La vita del processo però +quanto discusso in \secref{sec:proc_conclusion}). La vita del processo però termina solo quando la notifica della sua conclusione viene ricevuta dal processo padre, a quel punto tutte le risorse allocate nel sistema ad esso associate vengono rilasciate. @@ -116,7 +160,7 @@ non ritorna mai (in quanto con essa viene eseguito un altro programma). In questa sezione tratteremo le funzioni per la gestione dei processi, a partire dalle funzioni elementari che permettono di leggerne gli identificatori, alle varie funzioni di manipolazione dei processi, che -riguardano la lore creazione, terminazione, e la messa in esecuzione di altri +riguardano la loro creazione, terminazione, e la messa in esecuzione di altri programmi. @@ -137,48 +181,48 @@ Per questo motivo processo il processo di avvio (\cmd{init}) ha sempre il Tutti i processi inoltre memorizzano anche il \acr{pid} del genitore da cui sono stati creati, questo viene chiamato in genere \acr{ppid} (da -\textit{parent process id}) ed è normalmente utilizzato per il controllo di -sessione. Questi due identificativi possono essere ottenuti da programma -usando le funzioni: +\textit{parent process id}). Questi due identificativi possono essere +ottenuti da programma usando le funzioni: \begin{functions} \headdecl{sys/types.h} \headdecl{unistd.h} \funcdecl{pid\_t getpid(void)} restituisce il pid del processo corrente. \funcdecl{pid\_t getppid(void)} restituisce il pid del padre del processo corrente. - Entrambe le funzioni non riportano condizioni di errore. \end{functions} +esempi dell'uso di queste funzioni sono riportati in +\figref{fig:proc_fork_code}, nel programma di esempio \file{ForkTest.c}. Il fatto che il \acr{pid} sia un numero univoco per il sistema lo rende il -candidato ideale per generare ultieriori indicatori associati al processo di +candidato ideale per generare ulteriori indicatori associati al processo di cui diventa possibile garantire l'unicità: ad esempio la funzione \func{tmpname} (si veda \secref{sec:file_temp_file}) usa il \acr{pid} per generare un pathname univoco, che non potrà essere replicato da un'altro processo che usi la stessa funzione. Tutti i processi figli dello stesso processo padre sono detti -\textit{sibling}, questa è un'altra delle relazioni usate nel controllo di -sessione, in cui si raggruppano tutti i processi creati su uno stesso -terminale una volta che si è effettuato il login. Torneremo su questo -argomento in \secref{cap:terminal}, dove esamineremo tutti gli altri -identificativi associati ad un processo relativi al controllo di sessione. +\textit{sibling}, questa è una delle relazioni usate nel \textsl{controllo di + sessione}, in cui si raggruppano i processi creati su uno stesso terminale, +o relativi allo stesso login. Torneremo su questo argomento in dettaglio in +\secref{cap:session}, dove esamineremo i vari identificativi associati ad un +processo e le varie relazioni fra processi utilizzate per definire una +sessione. \subsection{La funzione \func{fork}} \label{sec:proc_fork} -La funzione \func{fork} è la funzione fondamentale della gestione dei processi -in unix; come si è detto l'unico modo di creare un nuovo processo è attraverso -l'uso di questa funzione, che è quindi la base per il multitasking; il protipo -della funzione è: +La funzione \func{fork} è la funzione fondamentale della gestione dei +processi: come si è detto l'unico modo di creare un nuovo processo è +attraverso l'uso di questa funzione, essa quindi riveste un ruolo centrale +tutte le volte che si devono scrivere programmi che usano il multitasking. Il +prototipo della funzione è: \begin{functions} \headdecl{sys/types.h} \headdecl{unistd.h} - \funcdecl{pid\_t fork(void)} - Restituisce zero al padre e il \acr{pid} al figlio in caso di successo, ritorna -1 al padre (senza creare il figlio) in caso di errore; \texttt{errno} può assumere i valori: @@ -191,22 +235,33 @@ della funzione \end{errlist} \end{functions} -Dopo l'esecuzione di una \func{fork} sia il processo padre che il processo -figlio continuano ad essere eseguiti normalmente alla istruzione seguente la -\func{fork}; il processo figlio è però una copia del padre, e riceve una copia -dei segmenti di testo, stack e dati (vedi \secref{sec:proc_mem_layout}), ed -esegue esattamente lo stesso codice del padre, ma la memoria è copiata, non -condivisa\footnote{In generale il segmento di testo, che è identico, è - condiviso e tenuto in read-only, linux poi utilizza la tecnica del - \textit{copy-on-write}, per cui la memoria degli altri segmenti viene - copiata dal kernel per il nuovo processo solo in caso di scrittura, rendendo - molto più efficiente il meccanismo} pertanto padre e figlio vedono variabili -diverse. +Dopo il successo dell'esecuzione di una \func{fork} sia il processo padre che +il processo figlio continuano ad essere eseguiti normalmente alla istruzione +seguente la \func{fork}; il processo figlio è però una copia del padre, e +riceve una copia dei segmenti di testo, stack e dati (vedi +\secref{sec:proc_mem_layout}), ed esegue esattamente lo stesso codice del +padre, ma la memoria è copiata, non condivisa\footnote{In generale il segmento + di testo, che è identico, è condiviso e tenuto in read-only, Linux poi + utilizza la tecnica del \textit{copy-on-write}, per cui la memoria degli + altri segmenti viene copiata dal kernel per il nuovo processo solo in caso + di scrittura, rendendo molto più efficiente il meccanismo} pertanto padre e +figlio vedono variabili diverse. La differenza che si ha nei due processi è che nel processo padre il valore di ritorno della funzione fork è il \acr{pid} del processo figlio, mentre nel figlio è zero; in questo modo il programma può identificare se viene eseguito -dal padre o dal figlio. +dal padre o dal figlio. Si noti come la funzione \func{fork} ritorni +\textbf{due} volte: una nel padre e una nel figlio. La sola differenza che si +ha nei due processi è il valore di ritorno restituito dalla funzione, che nel +padre è il \acr{pid} del figlio mentre nel figlio è zero; in questo modo il +programma può identificare se viene eseguito dal padre o dal figlio. + +La scelta di questi valori non è casuale, un processo infatti può avere più +figli, ed il valore di ritorno di \func{fork} è l'unico modo che permette di +identificare quello appena creato; al contrario un figlio ha sempre un solo +padre (il cui \acr{pid} può sempre essere ottenuto con \func{getppid}, vedi +\secref{sec:proc_pid}) e si usa il valore nullo, che non può essere il +\acr{pid} di nessun processo. \begin{figure}[!htb] \footnotesize @@ -225,33 +280,34 @@ int main(int argc, char *argv[]) /* * Variables definition */ - int i; - int nchild; + int nchild, i; pid_t pid; - + int wait_child = 0; + int wait_parent = 0; + int wait_end = 0; ... /* handling options */ - - /* There must be remaing parameters */ - if (optind == argc) { - usage(); - } nchild = atoi(argv[optind]); printf("Test for forking %d child\n", nchild); /* loop to fork children */ for (i=0; i output +[piccardi@selidor sources]$ cat output +Process 1967: forking 3 child +Child 1 successfully executing +Child 1, parent 1967, exiting +Test for forking 3 child +Spawned 1 child, pid 1968 +Go to next child +Child 2 successfully executing +Child 2, parent 1967, exiting +Test for forking 3 child +Spawned 1 child, pid 1968 +Go to next child +Spawned 2 child, pid 1969 +Go to next child +Child 3 successfully executing +Child 3, parent 1967, exiting +Test for forking 3 child +Spawned 1 child, pid 1968 +Go to next child +Spawned 2 child, pid 1969 +Go to next child +Spawned 3 child, pid 1970 +Go to next child +\end{verbatim} +che come si vede è completamente diverso da quanto ottenevamo sul terminale. + +Il comportamento delle varie funzioni di interfaccia con i file è analizzato +in gran dettaglio in \capref{cha:file_unix_interface} e in +\secref{cha:files_std_interface}. Qui basta accennare che si sono usate le +funzioni standard della libreria del C che prevedono l'output bufferizzato; e +questa bufferizzazione varia a seconda che si tratti di un file su disco (in +cui il buffer viene scaricato su disco solo quando necessario) o di un +terminale (nel qual caso il buffer viene scaricato ad ogni a capo). + +Nel primo esempio allora avevamo che ad ogni chiamata a \func{printf} il +buffer veniva scaricato, e le singole righe erano stampate a video subito dopo +l'esecuzione della \func{printf}. Ma con la redirezione su file la scrittura +non avviene più alla fine di ogni riga e l'output resta nel buffer, per questo +motivo, dato che ogni figlio riceve una copia della memoria del padre, esso +riceverà anche quanto c'è nel buffer delle funzioni di I/O, comprese le linee +scritte dal padre fino allora. Così quando all'uscita del figlio il buffer +viene scritto su disco, troveremo nel file anche tutto quello che il processo +padre aveva scritto prima della sua creazione. E alla fine del file, dato che +in questo caso il padre esce per ultimo, troviamo anche l'output del padre. + +Ma l'esempio ci mostra un'altro aspetto fondamentale dell'interazione con i +file, che era valido anche per l'esempio precedente, ma meno evidente; il +fatto cioè che non solo processi diversi possono scrivere in contemporanea +sullo stesso file (l'argomento della condivisione dei file in unix è trattato +in dettaglio in \secref{sec:file_sharing}), ma anche che, a differenza di +quanto avviene per le variabili, la posizione corrente sul file è condivisa +fra il padre e tutti i processi figli. + +Quello che succede è che quando lo standard output del padre viene rediretto, +lo stesso avviene anche per tutti i figli; la funzione \func{fork} infatti ha +la caratteristica di duplicare (allo stesso modo in cui lo fa la funzione +\func{dup}, trattata in \secref{sec:file_dup}) nei figli tutti i file +descriptor aperti nel padre, il che comporta che padre e figli condividono +le stesse voci della file table (per la spiegazione di questi termini si veda +\secref{sec:file_sharing} e referenza a figura da fare) e quindi anche +l'offset corrente nel file. + +In questo modo se un processo scrive sul file aggiornerà l'offset sulla file +table, e tutti gli altri processi che condividono la file table vedranno il +nuovo valore; in questo modo si evita, in casi come quello appena mostrato in +cui diversi processi scrivono sullo stesso file, che l'output successivo di un +processo vada a sovrapporsi a quello dei precedenti (l'output potrà risultare +mescolato, ma non ci saranno parti perdute per via di una sovrascrittura). + +Questo tipo di comportamento è essenziale in tutti quei casi in cui il padre +crea un figlio ed attende la sua conclusione per proseguire, ed entrambi +scrivono sullo stesso file, ad esempio lo standard output (un caso tipico è la +shell). Se l'output viene rediretto con questo comportamento avremo che il +padre potrà continuare a scrivere automaticamente in coda a quanto scritto dal +figlio; se così non fosse ottenere questo comportamento sarebbe estremamente +complesso necessitando di una qualche forma di comunicazione fra i due +processi. + +In generale comunque non è buona norma far scrivere più processi sullo stesso +file senza una qualche forma di sincronizzazione in quanto, come visto con il +nostro esempio, le varie scritture risulteranno mescolate fra loro in una +sequenza impredicibile. Le modalità con cui in genere si usano i file dopo una +\func{fork} sono sostanzialmente due: +\begin{enumerate} +\item Il processo padre aspetta la conclusione del figlio. In questo caso non + è necessaria nessuna azione riguardo ai file, in quanto la sincronizzazione + degli offset dopo eventuali operazioni di lettura e scrittura effettuate dal + figlio è automatica. +\item L'esecuzione di padre e figlio procede indipendentemente. In questo caso + ciascuno dei due deve chiudere i file che non gli servono una volta che la + \func{fork} è stata eseguita, per evitare ogni forma di interferenza. +\end{enumerate} + +Oltre ai file aperti i processi figli ereditano dal padre una serie di altre +proprietà comuni; in dettaglio avremo che dopo l'esecuzione di una \func{fork} +padre e figlio avranno in comune: +\begin{itemize} +\item i file aperti (e gli eventuali flag di \textit{close-on-exec} se + settati). +\item gli identificatori per il controllo di accesso: il \textit{real user + id}, il \textit{real group id}, l'\textit{effective user id}, + l'\textit{effective group id} e i \textit{supplementary group id} (vedi + \secref{tab:proc_uid_gid}). +\item gli identificatori per il controllo di sessione: il \textit{process + group id} e il \textit{session id} e il terminale di controllo. +\item i flag \acr{suid} e \acr{suid} (vedi \secref{sec:file_suid_sgid}). +\item la directory di lavoro e la directory radice (vedi + \secref{sec:file_work_dir}). +\item la maschera dei permessi di creazione (vedi \secref{sec:file_umask}). +\item la maschera dei segnali. +\item i segmenti di memoria condivisa agganciati al processo. +\item i limiti sulle risorse +\item le variabili di ambiente (vedi \secref{sec:proc_environ}). +\end{itemize} +le differenze invece sono: +\begin{itemize} +\item il valore di ritorno di \func{fork}. +\item il \textit{process id}. +\item il \textit{parent process id} (quello del figlio viene settato al + \acr{pid} del padre). +\item i valori dei tempi di esecuzione (\var{tms\_utime}, \var{tms\_stime}, + \var{tms\_cutime}, \var{tms\_uetime}) che nel figlio sono posti a zero. +\item i \textit{file lock}, che non vengono ereditati dal figlio. +\item gli allarmi pendenti, che per il figlio vengono cancellati. +\end{itemize} + + +\subsection{La funzione \func{vfork}} +\label{sec:proc_vfork} + +La funzione \func{vfork} è esattamente identica a \func{fork} ed ha la stessa +semantica e gli stessi errori; la sola differenza è che non viene creata la +tabella delle pagine né la struttura dei task per il nuovo processo. Il +processo padre è posto in attesa fintanto che il figlio non ha eseguito una +\func{execve} o non è uscito con una \func{\_exit}. Il figlio condivide la +memoria del padre (e modifiche possono avere effetti imprevedibili) e non deve +ritornare o uscire con \func{exit} ma usare esplicitamente \func{\_exit}. + +Questa funzione è un rimasuglio dei vecchi tempi in cui eseguire una +\func{fork} comportava anche la copia completa del segmento dati del processo +padre, che costituiva un inutile appesantimento in tutti quei casi in cui la +\func{fork} veniva fatto solo per poi eseguire una \func{exec}. La funzione +venne introdotta in BSD per migliorare le prestazioni. + +Dato che Linux supporta il \textit{copy on write} la perdita di prestazioni è +assolutamente trascurabile, e l'uso di questa funzione (che resta un caso +speciale della funzione \func{clone}), è deprecato, per questo eviteremo di +trattarla ulteriormente. + + +\subsection{La conclusione di un processo.} +\label{sec:proc_termination} + +In \secref{sec:proc_conclusion} abbiamo già affrontato le modalità con cui +concludere un programma, ma dal punto di vista del programma stesso; avendo a +che fare con un sistema multitasking occorre adesso affrontare l'argomento dal +punto di vista generale di come il sistema gestisce la conclusione dei +processi. + +Abbiamo già visto in \secref{sec:proc_conclusion} le tre modalità con cui un +programma viene terminato in maniera normale: la chiamata di \func{exit} (che +esegue le funzioni registrate per l'uscita e chiude gli stream), il ritorno +dalla funzione \func{main} (equivalente alla chiamata di \func{exit}), e la +chiamata ad \func{\_exit} (che passa direttamente alle operazioni di +terminazione del processo da parte del kernel). + +Ma oltre alla conclusione normale abbiamo accennato che esistono anche delle +modalità di conclusione anomala; queste sono in sostanza due: il programma può +chiamare la funzione \func{abort} per invocare una chiusura anomala, o essere +terminato da un segnale. In realtà anche la prima modalità si riconduce alla +seconda, dato che \func{abort} si limita a generare il segnale +\macro{SIGABRT}. + +Qualunque sia la modalità di conclusione di un processo, il kernel esegue +comunque una serie di operazioni: chiude tutti i file aperti, rilascia la +memoria che stava usando, e così via; l'elenco completo delle operazioni +eseguite alla chiusura di un processo è il seguente: +\begin{itemize} +\item tutti i descrittori dei file sono chiusi. +\item viene memorizzato lo stato di terminazione del processo. +\item ad ogni processo figlio viene assegnato un nuovo padre. +\item viene inviato il segnale \macro{SIGCHLD} al processo padre. +\item se il processo è un leader di sessione viene mandato un segnale di + \macro{SIGHUP} a tutti i processi in background e il terminale di controllo + viene disconnesso. +\item se la conclusione di un processe rende orfano un \textit{process group} + ciascun membro del gruppo viene bloccato, e poi gli vengono inviati in + successione i segnali \macro{SIGHUP} e \macro{SIGCONT}. +\end{itemize} +ma al di la di queste operazioni è necessario poter disporre di un meccanismo +ulteriore che consenta di sapere come questa terminazione è avvenuta; dato che +in un sistema unix-like tutto viene gestito attraverso i processi il +meccanismo scelto consiste nel riportare lo stato di terminazione +(\textit{termination status}) di cui sopra al processo padre. + +Nel caso di conclusione normale, lo stato di uscita del processo viene +caratterizzato tremite il valore del cosiddetto \textit{exit status}, cioè il +valore passato alle funzioni \func{exit} o \func{\_exit} (o dal valore di +ritorno per \func{main}). Ma se il processo viene concluso in maniera anomala +il programma non può specificare nessun \textit{exit status}, ed è il kernel +che deve generare autonomamente il \textit{termination status} per indicare le +ragioni della conclusione anomala. + +Si noti la distinzione fra \textit{exit status} e \textit{termination status}: +quello che contraddistingue lo stato di chiusura del processo e viene +riportato attraverso le funzioni \func{wait} o \func{waitpid} (vedi +\secref{sec:proc_wait}) è sempre quest'ultimo; in caso di conclusione normale +il kernel usa il primo (nel codice eseguito da \func{\_exit}) per produrre il +secondo. + +La scelta di riportare al padre lo stato di terminazione dei figli, pur +essendo l'unica possibile, comporta comunque alcune complicazioni: infatti se +alla sua creazione è scontato che ogni nuovo processo ha un padre, non è detto +che sia così alla sua conclusione, dato che il padre protrebbe essere già +terminato (si potrebbe avere cioè quello che si chiama un processo +\textsl{orfano}). + +Questa complicazione viene superata facendo in modo che il processo figlio +venga \textsl{adottato} da \cmd{init}: come già accennato quando un processo +termina il kernel controlla se è il padre di altri processi in esecuzione: in +caso positivo allora il \acr{ppid} di tutti questi processi viene sostituito +con il \acr{pid} di \cmd{init} (e cioè con 1); in questo modo ogni processo +avrà sempre un padre (nel caso \textsl{adottivo}) cui riportare il suo stato +di terminazione. Come verifica di questo comportamento possiamo eseguire il +comando \cmd{forktest} imponendo a ciascun processo figlio due +secondi di attesa prima di uscire, il risultato è: +\begin{verbatim} +[piccardi@selidor sources]$ ./forktest -c2 3 +Process 1972: forking 3 child +Spawned 1 child, pid 1973 +Child 1 successfully executing +Go to next child +Spawned 2 child, pid 1974 +Child 2 successfully executing +Go to next child +Child 3 successfully executing +Spawned 3 child, pid 1975 +Go to next child +[piccardi@selidor sources]$ Child 3, parent 1, exiting +Child 2, parent 1, exiting +Child 1, parent 1, exiting +\end{verbatim} +come si può notare in questo caso il processo padre si conclude prima dei +figli, tornando alla shell, che stampa il prompt sul terminale: circa due +secondi dopo viene stampato a video anche l'output dei tre figli che +terminano, e come si può notare in questo caso, al contrario di quanto visto +in precedenza, essi riportano 1 come \acr{ppid}. + +Altrettanto rilevante è il caso in cui il figlio termina prima del padre, +perché non è detto che il padre possa ricevere immediatamente lo stato di +terminazione, quindi il kernel deve comunque conservare una certa quantità di +informazioni riguardo ai processi che sta terminando. + +Questo viene fatto mantenendo attiva la voce nella tabella dei processi, e +memorizzando alcuni dati essenziali, come il \acr{pid}, i tempi di CPU usati +dal processo (vedi \secref{sec:intro_unix_time}) e lo stato di terminazione +\footnote{NdA verificare esattamente cosa c'è!}, mentre la memoria in uso ed i +file aperti vengono rilasciati immediatamente. I processi che sono terminati, +ma il cui stato di terminazione non è stato ancora ricevuto dal padre sono +chiamati \textit{zombie}, essi restano presenti nella tabella dei processi ed +in genere possono essere identificati dall'output di \cmd{ps} per la presenza +di una \cmd{Z} nella colonna che ne indica lo stato. Quando il padre +effettuarà la lettura dello stato di uscita anche questa informazione, non più +necessaria, verrà scartata e la terminazione potrà dirsi completamente +conclusa. + +Possiamo utilizzare il nostro programma di prova per analizzare anche questa +condizione: lanciamo il comando \cmd{forktest} in background, indicando al +processo padre di aspettare 10 secondi prima di uscire; in questo caso, usando +\cmd{ps} sullo stesso terminale (prima dello scadere dei 10 secondi) +otterremo: +\begin{verbatim} +[piccardi@selidor sources]$ ps T + PID TTY STAT TIME COMMAND + 419 pts/0 S 0:00 bash + 568 pts/0 S 0:00 ./forktest -e10 3 + 569 pts/0 Z 0:00 [forktest ] + 570 pts/0 Z 0:00 [forktest ] + 571 pts/0 Z 0:00 [forktest ] + 572 pts/0 R 0:00 ps T +\end{verbatim} %$ +e come si vede, dato che non si è fatto nulla per riceverne lo stato di +terminazione, i tre processi figli sono ancora presenti pur essendosi +conclusi, con lo stato di zombie e l'indicazione che sono stati terminati. + +La possibilità di avere degli zombie deve essere tenuta sempre presente quando +si scrive un programma che deve essere mantenuto in esecuzione a lungo e +creare molti figli. In questo caso si deve sempre avere cura di far leggere +l'eventuale stato di uscita di tutti i figli (in genere questo si fa +attraverso un apposito \textit{signal handler}, che chiama la funzione +\func{wait}, vedi \secref{sec:sig_xxx} e \secref{sec:proc_wait}). Questa +operazione è necessaria perché anche se gli \textit{zombie} non consumano +risorse di memoria o processore, occupano comunque una voce nella tabella dei +processi, che a lungo andare potrebbe esaurirsi. + +Si noti che quando un processo adottato da \cmd{init} termina, esso non +diviene uno \textit{zombie}; questo perché una delle funzioni di \cmd{init} è +appunto quella di chiamare la funzione \func{wait} per i processi cui fa da +padre, completandone la terminazione. Questo è quanto avviene anche quando, +come nel caso del precedente esempio con \cmd{forktest}, il padre termina con +dei figli in stato di zombie: alla sua terminazione infatti tutti i suoi figli +vengono ereditati (compresi gli zombie) verranno adottati da \cmd{init}, il +quale provvederà a completarne la terminazione. + +Si tenga presente infine che siccome gli zombie sono processi già terminati, +non c'è modo di eliminarli con il comando \cmd{kill}; l'unica possibilità è +quella di terminare il processo che li ha generati, in modo che \cmd{init} +possa adottarli e provvedere a concludere la terminazione. \subsection{Le funzioni \texttt{wait} e \texttt{waitpid}} \label{sec:proc_wait} +Abbiamo già accennato come uno degli usi possibili delle capacità multitasking +di un sistema unix-like consista nella creazione di programmi di tipo server, +in cui un processo principale attende le richieste che vengono poi soddisfatte +creando una serie di processi figli. Si è già sottolineato al paragrafo +precedente come in questo caso diventi necessario gestire esplicitamente la +conclusione dei vari processi figli onde evitare di riempire di +\textit{zombie} la tabella dei processi; le funzioni deputate a questo compito +sono sostanzialmente due, \func{wait} e \func{waitpid}. La prima, il cui +prototipo è: +\begin{functions} +\headdecl{sys/types.h} +\headdecl{sys/wait.h} +\funcdecl{pid\_t wait(int * status)} + +Sospende il processo corrente finché un figlio non è uscito, o finché un +segnale termina il processo o chiama una funzione di gestione. Se un figlio è +già uscito la funzione ritorna immediatamente. Al ritorno lo stato di +termininazione del processo viene salvato nella variabile puntata da +\var{status} e tutte le informazioni relative al processo (vedi +\secref{sec:proc_termination}) vengono rilasciate. + +La funzione restituisce il \acr{pid} del figlio in caso di successo e -1 in +caso di errore; \var{errno} può assumere i valori: + \begin{errlist} + \item \macro{EINTR} la funzione è stata interrotta da un segnale. + \end{errlist} +\end{functions} +è presente fin dalle prime versioni di unix; la funzione ritorna alla +conclusione del primo figlio (o immediatamente se un figlio è già uscito). Nel +caso un processo abbia più figli il valore di ritorno permette di identificare +qual'è quello che è uscito. + +Questa funzione però ha il difetto di essere poco flessibile, in quanto +ritorna all'uscita di un figlio qualunque. Nelle occasioni in cui è necessario +attendere la conclusione di un processo specifico occorre predisporre un +meccanismo che tenga conto dei processi già terminati, e ripeta la chiamata +alla funzione nel caso il processo cercato sia ancora attivo. + +Per questo motivo lo standard POSIX.1 ha introdotto la funzione \func{waitpid} +che effettua lo stesso servizio, ma dispone di una serie di funzionalità più +ampie, legate anche al controllo di sessione. Dato che è possibile ottenere +lo stesso comportamento di \func{wait} si consiglia di utilizzare sempre +questa funzione; il suo prototipo è: +\begin{functions} +\headdecl{sys/types.h} +\headdecl{sys/wait.h} +\funcdecl{pid\_t waitpid(pid\_t pid, int * status, int options)} + +La funzione restituisce il \acr{pid} del processo che è uscito, 0 se è stata +specificata l'opzione \macro{WNOHANG} e il processo non è uscito e -1 per un +errore, nel qual caso \var{errno} assumerà i valori: + \begin{errlist} + \item \macro{EINTR} se non è stata specificata l'opzione \macro{WNOHANG} e + la funzione è stata interrotta da un segnale. + \item \macro{ECHILD} il processo specificato da \var{pid} non esiste o non è + figlio del processo chiamante. + \end{errlist} +\end{functions} + +Le differenze principali fra le due funzioni sono che \func{wait} si blocca +sempre fino a che un processo figlio non termina, mentre \func{waitpid} ha la +possibilità si specificare un'opzione \macro{WNOHANG} che ne previene il +blocco; inoltre \func{waitpid} può specificare quale processo attendere sulla +base del valore specificato tramite la variabile \var{pid}, secondo lo +specchietto riportato in \ntab: +\begin{table}[!htb] + \centering + \begin{tabular}[c]{|c|p{10cm}|} + \hline + \textbf{Valore} & \textbf{Significato}\\ + \hline + \hline + $<-1$& attende per un figlio il cui \textit{process group} è uguale al + valore assoluto di \var{pid}. \\ + $-1$ & attende per un figlio qualsiasi, usata in questa maniera è + equivalente a \func{wait}.\\ + $0$ & attende per un figlio il cui \textit{process group} è uguale a + quello del processo chiamante. \\ + $>0$ & attende per un figlio il cui \acr{pid} è uguale al + valore di \var{pid}.\\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Significato dei valori del parametro \var{pid} della funzione + \func{waitpid}.} + \label{tab:proc_waidpid_pid} +\end{table} + +Il comportamento di \func{waitpid} può essere modificato passando delle +opportune opzioni tramite la variabile \var{option}. I valori possibili sono +il già citato \macro{WNOHANG}, che previene il blocco della funzione quando il +processo figlio non è terminato, e \macro{WUNTRACED} (usata per il controllo +di sessione, trattato in \capref{cha:session}) che fa ritornare la funzione +anche per i processi figli che sono bloccati ed il cui stato non è stato +ancora riportato al padre. Il valore dell'opzione deve essere specificato come +mashera binaria ottenuta con l'OR delle suddette costanti con zero. + +La terminazione di un processo figlio è chiaramente un evento asincrono +rispetto all'esecuzione di un programma e può avvenire in un qualunque +momento, per questo motivo, come si è visto nella sezione precedente, una +delle azioni prese dal kernel alla conclusione di un processo è quella di +mandare un segnale di \macro{SIGCHLD} al padre. Questo segnale viene ignorato +di default, ma costituisce il meccanismo di comunicazione asincrona con cui il +kernel avverte un processo padre che uno dei suoi figli è terminato. + +In genere in un programma non si vuole essere forzati ad attendere la +conclusione di un processo per proseguire, specie se tutto questo serve solo +per leggerne lo stato di chiusura (ed evitare la presenza di \textit{zombie}), +per questo la modalità più usata per chiamare queste funzioni è quella di +utilizzarle all'interno di un \textit{signal handler} (torneremo sui segnali e +su come gestire \macro{SIGCHLD} in \secref{sec:sig_sigwait_xxx}) nel qual +caso, dato che il segnale è generato dalla terminazione un figlio, avremo la +certezza che la chiamata a \func{wait} non si bloccherà. + +\begin{table}[!htb] + \centering + \begin{tabular}[c]{|c|p{10cm}|} + \hline + \textbf{Macro} & \textbf{Descrizione}\\ + \hline + \hline + \macro{WIFEXITED(s)} & Condizione vera (valore non nullo) per un processo + figlio che sia terminato normalmente. \\ + \macro{WEXITSTATUS(s)} & Restituisce gli otto bit meno significativi dello + stato di uscita del processo (passato attraverso \func{\_exit}, \func{exit} + o come valore di ritorno di \func{main}). Può essere valutata solo se + \macro{WIFEXITED} ha restitituito un valore non nullo.\\ + \macro{WIFSIGNALED(s)} & Vera se il processo figlio è terminato + in maniera anomala a causa di un segnale che non è stato catturato (vedi + \secref{sec:sig_notification}).\\ + \macro{WTERMSIG(s)} & restituisce il numero del segnale che ha causato + la terminazione anomala del processo. Può essere valutata solo se + \macro{WIFSIGNALED} ha restitituito un valore non nullo.\\ + \macro{WCOREDUMP(s)} & Vera se il processo terminato ha generato un + file si \textit{core dump}. Può essere valutata solo se + \macro{WIFSIGNALED} ha restitituito un valore non nullo\footnote{questa + macro non è definita dallo standard POSIX.1, ma è presente come estensione + sia in Linux che in altri unix}.\\ + \macro{WIFSTOPPED(s)} & Vera se il processo che ha causato il ritorno di + \func{waitpid} è bloccato. L'uso è possibile solo avendo specificato + l'opzione \macro{WUNTRACED}. \\ + \macro{WSTOPSIG(s)} & restituisce il numero del segnale che ha bloccato + il processo, Può essere valutata solo se \macro{WIFSTOPPED} ha + restitituito un valore non nullo. \\ + \hline + \end{tabular} + \caption{Descrizione delle varie macro di preprocessore utilizzabili per + verificare lo stato di terminazione \var{s} di un processo.} + \label{tab:proc_status_macro} +\end{table} + + +Entrambe le funzioni restituiscono lo stato di terminazione del processo +tramite il puntatore \var{status} (se non interessa memorizzare lo stato si +può passare un puntatore nullo). Il valore restituito da entrambe le funzioni +dipende dall'implementazione, e tradizionalmente alcuni bit sono riservati per +memorizzare lo stato di uscita (in genere 8) altri per indicare il segnale che +ha causato la terminazione (in caso di conclusione anomala), uno per indicare +se è stato generato un core file, etc.\footnote{le definizioni esatte si + possono trovare in \file{}}. Lo standard POSIX.1 definisce una serie di macro di +preprocessore da usare per analizzare lo stato di uscita; esse sono definite +sempre in \file{} ed elencate in \curtab\ (si tenga presente che +queste macro prendono come parametro la variabile di tipo \type{int} puntata +da \var{status}). + +Si tenga conto che nel caso di conclusione anomala il valore restituito da +\macro{WTERMSIG} può essere controllato contro le costanti definite in +\file{signal.h}, e stampato usando le funzioni definite in +\secref{sec:sig_strsignal}. + +Linux, seguendo una estensione di BSD, supporta altre due funzioni per la +lettura dello stato di terminazione di un processo, analoghe a \func{wait} e +\func{waitpid}, ma che prevedono un ulteriore parametro attraverso il quale il +kernel può restituire al processo padre ulteriori informazioni sulle risorse +usate dal processo terminato e dai vari figli. +Queste funzioni diventano accessibili definendo la costante \macro{\_USE\_BSD} +sono: + +\begin{functions} + \headdecl{sys/times.h} + \headdecl{sys/types.h} + \headdecl{sys/wait.h} + \headdecl{sys/resource.h} + \funcdecl{pid\_t wait4(pid\_t pid, int * status, int options, struct rusage + * rusage)} + La funzione è identica a \func{waitpid} sia per comportamento che per i + valori dei parametri, ma restituisce in \var{rusage} un sommario delle + risorse usate dal processo (per i dettagli vedi \secref{sec:xxx_limit_res}) + \funcdecl{pid\_t wait3(int *status, int options, struct rusage *rusage)} + Prima versione, equivalente a \func{wait4(-1, \&status, opt, rusage)} ormai + deprecata in favore di \func{wait4}. +\end{functions} +la struttura \type{rusage} è definita in \file{sys/resource.h}, e viene +utilizzata anche dalla funzione \func{getrusage} per ottenere le risorse di +sistema usate dal processo; in Linux è definita come: +\begin{figure}[!htb] + \footnotesize + \centering + \begin{minipage}[c]{15cm} + \begin{lstlisting}[labelstep=0,frame=,indent=1cm]{} +struct rusage { + struct timeval ru_utime; /* user time used */ + struct timeval ru_stime; /* system time used */ + long ru_maxrss; /* maximum resident set size */ + long ru_ixrss; /* integral shared memory size */ + long ru_idrss; /* integral unshared data size */ + long ru_isrss; /* integral unshared stack size */ + long ru_minflt; /* page reclaims */ + long ru_majflt; /* page faults */ + long ru_nswap; /* swaps */ + long ru_inblock; /* block input operations */ + long ru_oublock; /* block output operations */ + long ru_msgsnd; /* messages sent */ + long ru_msgrcv; /* messages received */ + long ru_nsignals; ; /* signals received */ + long ru_nvcsw; /* voluntary context switches */ + long ru_nivcsw; /* involuntary context switches */ +}; + \end{lstlisting} + \end{minipage} + \normalsize + \caption{La struttura \texttt{rusage} per la lettura delle informazioni dei + delle risorse usate da un processo.} + \label{fig:proc_rusage_struct} +\end{figure} +In genere includere esplicitamente \file{} non è più necessario, +ma aumenta la portabiltà, e serve in caso si debba accedere ai campi di +\var{rusage} definiti come \type{struct timeval}. La struttura è ripresa dalla +versione 4.3 Reno di BSD, attualmente (con il kernel 2.4.x) i soli campi che +sono mantenuti sono: \var{ru\_utime}, \var{ru\_stime}, \var{ru\_minflt}, +\var{ru\_majflt}, e \var{ru\_nswap}. + +\subsection{Le \textit{race condition}} +\label{sec:proc_race_cond} + +Si definisce una \textit{race condition} il caso in cui diversi processi +stanno cercando di fare qualcosa con una risorsa comune e e il risultato +finale viene a dipendere \subsection{Le funzioni \texttt{exec}} \label{sec:proc_exec} @@ -360,7 +997,7 @@ funzioni per la loro manipolazione diretta. Abbiamo già accennato in \secref{sec:intro_multiuser} ad ogni utente ed gruppo sono associati due identificatori univoci, lo \acr{uid} e il \acr{gid} che li -contraddistinguono nei confonti del kernel. Questi identificatori stanno alla +contraddistinguono nei confronti del kernel. Questi identificatori stanno alla base del sistema di permessi e protezioni di un sistema unix, e vengono usati anche nella gestione dei privilegi di accesso dei processi. @@ -371,9 +1008,9 @@ dall'utente che ha lanciato il processo (attraverso i valori di \acr{uid} e gestione dei privilegi associati ai processi stessi. \begin{table}[htb] \centering - \begin{tabular}[c]{|c|l|l|} + \begin{tabular}[c]{|c|l|p{8cm}|} \hline - Sigla & Significato & Utilizzo \\ + \textbf{Sigla} & \textbf{Significato} & \textbf{Utilizzo} \\ \hline \hline \acr{ruid} & \textit{real user id} & indica l'utente reale che ha lanciato