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unix 进程

Posted at — Apr 11, 2007
看了 Speaking UNIX, Part 8: UNIX processes 之后做一点笔记。
A real multitasker
在unix、linux、freebsd、mac os x、windows等系统里面,计算任务都表现为进程。unix 看上去可以同时运行很多任务,因为每个进程都只占用一部分cpu时间。
进程就像一个容器,包括运行的程序,环境变量,程序的输入输出等。可以把进程想像为一个国家,有自己的边界,资源和产品。
每个进程也都有自己的owner(属组),owner通常是运行这个程序的人,有些系统服务的owner或许会是某个特殊的用户,或者是root。例如,为了安全,某个Apache server的owner可能是属于一个叫www的用户的,这个用户有权限来存取web服务需要的文件,这些文件别的用户是不能访问的。
一个进程的owner可能会改变,但是一个进程在同一个时间只能有一个owner。
setuid和setgid可以让一个进程获得比owner更高的权限。
一个setuid进程,例如top,运行的时候使用的是owner的权限。因此,当你运行top的时候,你的权限就被提升为root了。类似的,一个setgid进程,运行的时候具有的是group owner的权限。
例如,在Mac osx里面的wall命令(就是write all的缩写),因为他需要给每个物理或者虚拟的终端设备写信息,所以他被setgid tty。
Taking inventory
类似其他系统资源,unix系统里面的进程id总数虽然多,但是是有限的(实际上,一个系统几乎从来都不会出现进程id数不够的情况)。每一个新的进程,例如运行vi或者xclock,都会立刻分配一个进程id。在unix系统里面可以用ps命令查看进程。
ps -a -w -x 可以显示所有进程列表。-a显示所有在tty设备上面运行的进程,-x显示所有不是在tty设备上面运行的程序,-w使用“宽”模式显示,用来查看进程一些长的项目。
-o 还可以指定输出信息的列表。比如 -o pid,uname,command,state,stime,time 。
Daddy, where do processes come from?
在unix系统里面,有些进程会从系统启动到关闭整个过程中一直运行。大部分进程从任务开始到结束都很快。
每个新的unix进程都是从已经存在的进程产生的。另外,每个新的进程(子进程)都克隆自他的父进程。at least for an instant, until the child continues execution independently.如果每个进程都来自一个已经存在的进程,那么“第一个进程来自哪里?”,先有鸡还是先有蛋的问题。
第一个进程是由kernel在启动过程中产生的,叫做init。ps -l 1命令可以查看。
F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD
4 S 0 1 0 0 76 0 - 376 - ? 0:06 init [2]
可以看到,init的uid是0,也就是root。不像其他进程,init的ppid(父进程id)是0。
图 2,3 稍微解释一下。
  1. 进程A运行了几条指令。进程A有自己的资源、输入输出、环境变量等。
  2. 遇到一条fork()指令,会产生一个新的进程。进程A遇到fork之后,立刻产生一个新的进程Z。进程Z是A的克隆,有与A一行的环境变量、内存内容、程序状态、打开文件等。
  3. 进程Z一开始就从fork后面的指令继续执行,就是进程A剩下的部分。进程A也继续执行剩下的部分。
  4. 在fork指令后面的指令中,会检查当前的进程是子进程还是父进程。就是说,进程Z和进程A在后续的指令中各自分别确定自己是父进程还是子进程。区别是,fork指令会在子进程中返回0,而且父进程中返回子进程的进程id。
  5. 在前面的测试之后,进程A和进程Z各自使用独立的code path,就好像他们都来自一条路,后来选择了不同的岔路一样。

在fork之后,进程A也许会继续运行同样的程序。然而,进程Z或许会立刻变成另外一个程序。进程Z现在完全就是一个独立于其父进程A的进程了。
Forking around
可以在命令行实际体验一下fork。打开一个新的xterm,你现在应该知道xterm有自己的进程,而且,在xterm里面,shell是有xterm产生的一个单独的进程。
通过ps命令的输出可以看到,在ppid字段那里,就是父进程的id。
使用&符号可以将程序放到后台执行。执行的时候会同时输出各个进程的id。jobs命令可以查看当前运行的进程。标签1,2,3可以用来标记不同的会话。kill %N 就是结束第N个会话。fg %N 可以将一个会话放到前台。
To the great process pool in the sky
有些进程是一直存在的,例如init,有些会将自己转变成其他的(例如shell)。大部分进程最终都会自然死掉,也就是程序运行完毕的时候。
你可以让一个进程suspended(挂起),也可以让他复苏。还有像前面说的,你也可以使用kill命令结束一个进程。
ctrl-Z 可以挂起一个进程。进程在前台运行的时候,ctrl+c 可以结束这个进程。在shell内部使用unix signals来对一个进程产生影响。你可以从一个进程像另一个发送signal(信号),也可以让进程自己给自己发送信号。
man 7 signal或者kill -L 可以看到所有的signal。使用kill命令可以发送这些signal。
刚针对fork测试了一下,写一个简单的c程序
main(){
        int a;
        printf("Before fork.\\n");
        a = fork();
        printf("After fork, fork returns %d\\n", a);
}
保存之后用gcc编译一下,执行一个,可以看到结果。fork之后的程序会继续执行下面的指令,唯独fork的返回值不同。
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