Prozesse
Was ist ein Prozess?
Ein Prozess setzt sich aus zwei Teilen zusammen
- Programm, das in den Hauptspeicher geladen wurde
- Prozessumgebung
Was versteht man unter einem Prozess
- Ein Programm (binär), das in den Hauptspeicher geladen wurde.
- Ein Programm wird erst durch das Laden in den Hauptspeicher zu einem Prozess.
- Normalerweise liegt ein Programm als ausführbare Datei irgendwo auf der Festplatte.
- Ob es sich bei dem Programm um eine binäre Datei handelt, kann man mit dem Befehl file feststellen.
file
- file /bin/ls
/bin/ls: ELF 64-bit LSB pie executable, x86-64, version 1 (SYSV), dynamically linked, interpreter /lib64/ld-linux-x86-64.so.2, BuildID[sha1]=6461a544c35b9dc1d172d1a1c09043e487326966, for GNU/Linux 3.2.0, stripped
- Die Datei liegt im Maschinencode vor und kann in den Hauptspeicher geladen werden.
- Sobald dies geschehen ist, kann der Rechner diesen Maschinencode abarbeiten (ausführen).
- Da aber ein Programm nicht direkt auf die Hardware zugreifen soll, muss es vom Betriebsystem kontrolliert werden.
- Das Betriebssystem liegt logisch gesehen zwischen Hardware und Anwendung.
- Das Betriebssystem ordnet jedem Prozess verschiedene Kenndaten zu, um die Prozesse verwalten zu können.
- Alle Kenndaten, die einem Prozess zugeordnet sind, nennt man die Prozessumgebung.
- Wenn man in der Shell ein Kommando eingibt, wird ein Prozess kreiert.
- Natürlich ist die Shell selbst auch ein Prozess. Ein Prozess kann aber genauso gut ein Serverprozess (Dienst) sein, z.B. Apache.
- Ein wesentliches Merkmal eines Prozesses ist die Prozesskommunikation.
- Über im Betriebssystem implementierte Methoden ist es möglich, dass verschiedene Prozesse Signale und Daten untereinander austauschen können.
- Dadurch wird auch dem Benutzer ermöglicht, einem Prozeß bestimmte Signale zu senden bzw. auf den Status eines Prozesses Einfluss zu nehmen.
Prozesstabelle (Anzeige mit ps)
- Da zu jedem Prozess Kenndaten geführt werden, müssen diese auch irgendwo festgehalten werden.
- Das geschieht in der sogenannten Prozesstabelle.
Kenndaten der Prozesse (Auswahl):
- F Flags (z.B. ausgelagert; Systemprozess; Trace,...)
- UID Nutzer, mit dessen Rechten der Prozess ausgeführt wird
- PID Prozess - ID. Diese Nummer gibt eine eindeutige Prozess - Nummer
an. Sie wird vom System automatisch beim Starten des Prozesses vergeben und ist für die Laufzeit eindeutig.
- PPID Prozessnumer der Eltern-Prozesses
- PRI Priorität eines Prozesses; je niedriger der Wert ist, desto besser
- NI ist der Nicewert des Prozesses; Nice erniedrigt den Grundwert
der Priorität des Prozesses und gibt damit Prozessorzeit für andere Prozesse frei.
- SIZE Speichergröße des Prozesses inklusive Stack (eine Art Zwischenspeicher)
- RSS Verbrauch an physischen Speicher
- WCHAN ist der Name der Kernerlfunktion, in der der Prozess schläft
- STAT Status des Prozesses
R läuft S schlafend D nicht störbarer Schlaf T angehalten Z Zombie W der Prozess belegt keine Seiten
- TIME Bisland benötigte Prozessorzeit
- SIZE ist die Größe von Text, Daten und Stack
- TTY die Nummer des kontrollierenden Teminal; wenn hier ein ? steht,
handelt es sich um einen Dämon oder Serverprozess.
- COMMAND Angabe des Prozesses selbst. Dies ist meist der Programmname.
Weiteres
- GID Gruppe, unter der der Prozess läuft
- Verweis auf das aktuellen Arbeitsverzeichnis
- Um mit relativen Pfadangaben arbeiten zu können braucht man diesen Eintrag
- Tabelle mit Verweisen auf aktuell geöffnete Dateien
- 3 sind automatisch geöffnet Standardeingabe, Standardausgabe und
Standardfehlerkanal
Beispiel
root@zero:~# ps -l F S UID PID PPID C PRI NI ADDR SZ WCHAN TTY TIME CMD 4 R 0 18639 18631 0 80 0 - 1080 - pts/0 00:00:00 bash 0 R 0 25904 18639 0 80 0 - 635 - pts/0 00:00:00 ps
Eltern und Kinder
Jeder Prozess kann weitere Prozesse erzeugen. Die erzeugten Prozesse bezeichnet man als Kindprozesse. Jeder Kindprozess weiß anhand der PPID, woher er stammt.
Alle Prozesse sind von einem anderen Prozess gestartet worden, mit Ausnahme des Pseudoprozesses (noch im Kernel beim Starten erzeugter Prozess). Dieser hat die Prozessnummer 0. Er hat die Aufgabe, den Init Prozess ( /sbin/init die Nummer 1) zu starten, der in System V alle anderen Prozesse direkt oder über seine Kind- prozesse startet. (init wird konfiguriert durch die /etc/inittab)
Es gibt zwei Arten wie ein Prozess gestartet werden kann:
- Fork und Exec: Prozessumgebung wird dupliziert, der neue Prozess bekommt eine eigene neue PID
- Exec: Alter Prozess wird durch neuen Prozess überladen (geht mit dem shell-buildin exec)
Rechte auf Objekte UID GID Ob ein Prozess auf eine Datei zugreifen kann, entscheidet der Kernel anhand der Zugriffssrechte, die auf der Datei gesetzt sind. Er checkt anhand der UID und GID des Prozesses, ob es erlaubt ist. Mit dieser Technik wird letztendlich geprüft, was ein User darf, und was nicht.
Rechenzeit und Priorität
Da auch bei Prozessen eine Gerechtigkeit herschen muss, muss eine Instanz darüber entscheiden wie lange ein Prozess Rechenzeit verbrauchen darf. Folgende Kenndaten werden dazu benötigt
- clocktick = Zeiteinheit
- n = Faktor über den Kernel einstellbar
- slice = n * clocktick
- agingtime = weitere Zeiteinheit über den Kernel einstellbar
Es wird davon ausgegangen das der Prozess mit der niedrigsten Priorität gerade rechnet. Pro clocktick erhöht sich die Priorität dieses Prozesses um eins.
Jetzt können 3 Situationen eintreten die alle dazu führen das der Scheduler aufgerufen wird.
- Prozess blockiert wegen einer Ausgabe oder Eingabe.
- Gibt Rechenzeit freiwillig ab.
- Der Slice endet.
Der Aufruf des Schedulers bewirkt das der Prozess mit der niedrigsten Priorität gescheduled wird, er also nun rechnen darf. Nach Ablauf der agingtime werden nun die Prozesse "gealtert". Das geschieht nach folgender Formel
Neue Priorität = Alte Priorität / 2 + Nicewert
Der User hat die Möglichkeit, über den sogenannten Nicewert den Grundwert für einen Prozess zu senken. Der Prozess braucht dann länger für seine Abarbeitung. Er verhält sich somit netter zu den anderen Prozessen. Normale User können nur netter werden, der Systemverwalter kann auch nicht netter (gemeiner) werden. Der Bereich liegt zwischen 19 (sehr nett) bis 0 (weniger nett) für die User, und 19 bis -20 für root.
Signale
Mit den Kommando kill und killall kann man Prozessen Signale schicken
kill -Signalnummer PID
Signalnummer
| Signalname | Wert | Aktion |
|---|---|---|
| SIGHUP | 1 | Neuinitialisierung eines Prozesses |
| SIGINT | 2 | Interrupt-Signal von der Tastatur (STRG+c) |
| SIGQUIT | 3 | Interrupt-Signal von der Tastatur (STRG+c) mit Dump |
| SIGKILL | 9 | unwiderrufliches Beendigungssignal (Töten) |
| SIGSEGV | 11 | Ungültige Speicherreferenz (bedeutet oft auf defekten Speicher) |
| SIGTERM | 15 | Beendigungssignal (geöffnete Dateien werden geschlossen) |
| SIGCONT | 18 | Weiterfahren, wenn gestoppt |
| SIGSTOP | 19 | Prozessstop |
Beispiel
root@zero:~# kill -1 7562
Programme im Zusammenhang mit Prozessen
ps: Zeigt die Prozesse mit ihrem Status an
pgrep: Zeigt die PID zu einem Prozess an
- zeigt alle Prozesse an die auf die das Muster
root@zero:~# pgrep mc 13552 13734
- zeigt nur die an die einem User gehören
root@zero:~# pgrep -u thomas mc 13552
zeigt denn vollständigen Prozessnamen an
root@zero:~# pgrep -l apa 1427 apache2 1428 apache2 1429 apache2 6710 apache2
zeigt den zuletzt gestarteten Prozess
root@zero:~# pgrep -n apa 1429
zeigt nur Prozesse an die genau auf den Namen passen
root@zero:~# pgrep -x apache2 1427 1428 1429 6710
pkill: schickt einem Prozess anhand des Namens ein Signal
beendet den Prozess
root@zero:~# pkill -x apache2
beendet den Prozess der als erstes gestartet wurde
root@zero:~# pkill -xo mc
nice: Lässt ein Programm mit verändertem Grundwert der Priorität laufen
root@zero:~# nice 0 root@zero:~# nice -n 9 bash root@zero:~# nice 9 root@zero:~#
renice: Ändert den Grundwert der Priorität eines laufenden Prozesses
root@zero:~# renice 10 5742 5742: Alte Priorität: 0, neue Priorität: 10
top: Zeigt die Prozesse mit ihrem Status an (Abbrechen mit q)
root@zero:~# top top - 08:51:08 up 20 min, 1 user, load average: 0.00, 0.02, 0.06 Tasks: 93 total, 1 running, 92 sleeping, 0 stopped, 0 zombie Cpu(s): 1.6%us, 3.1%sy, 0.1%ni, 84.9%id, 10.2%wa, 0.0%hi, 0.2%si, 0.0%st Mem: 509504k total, 273948k used, 235556k free, 11312k buffers Swap: 321260k total, 0k used, 321260k free, 118380k cached PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND 2208 mysql 20 0 125m 21m 5552 S 1.7 4.2 0:02.29 mysqld 3201 root 20 0 2444 1064 828 R 1.7 0.2 0:00.04 top 1 root 20 0 1908 780 564 S 0.0 0.2 0:02.19 init 2 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kthreadd 3 root RT -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 migration/0 4 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.03 ksoftirqd/0 5 root RT -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 watchdog/0 6 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.04 events/0 7 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 khelper 8 root RT -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kstop/0 9 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kintegrityd/0 10 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.03 kblockd/0 11 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kacpid 12 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 kacpi_notify 13 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 cqueue 14 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.53 ata/0 15 root 15 -5 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.00 ata_aux
Kommandos
- h - Hilfe
- u - User
- k - Kill
- r - Renice
- d - Delay (Default 3s)
- n - Tasks (Default unbegrenzt)
- W - Schreibe aktuelle Konfiguration in Datei
- q - Quit
pstree: Zeigt die Prozesse als Baumstruktur
Mit -p werden auch die PID's ausgegeben
root@zero:~# pstree
init─┬─NetworkManager
├─acpid
├─apache2───5*[apache2]
├─atd
├─bluetoothd
├─console-kit-dae───63*[{console-kit-dae}]
├─cron
├─cupsd
├─dbus-daemon
├─dd
├─gdm───gdm─┬─Xorg
│ └─gdmgreeter
├─6*[getty]
├─hald───hald-runner─┬─hald-addon-acpi
│ ├─hald-addon-inpu
│ └─2*[hald-addon-stor]
├─klogd
├─nm-system-setti
├─nmbd
├─nscd───11*[{nscd}]
├─portmap
├─rpc.statd
├─slapd───2*[{slapd}]
├─smbd───smbd
├─sshd───sshd───bash───bash───pstree
├─syslogd
├─system-tools-ba
├─udevd
├─winbindd─┬─winbindd───winbindd
│ └─3*[winbindd]
└─wpa_supplicant
Jobs
Unter einem Job versteht man ein Programm, welches man von der Shell gelöst hat. D. h. man kann ganz normal weiter arbeiten und der Job verrichtet seinen Dienst im Hintergrund. Man kann jederzeit zu diesem Job wieder Kontakt aufnehmen.
Ein Job kann auf 2 Arten gestarten werden:
- Durch Anhängen des & Zeichens beim Programmstart
- tail -f /var/log/messages &
Jun 19 06:59:31 zero -- MARK -- Jun 19 07:19:31 zero -- MARK -- Jun 19 07:39:32 zero -- MARK -- Jun 19 07:44:57 zero syslogd 1.5.0#5ubuntu3: restart. Jun 19 07:59:32 zero -- MARK -- Jun 19 08:19:32 zero -- MARK -- Jun 19 08:39:32 zero -- MARK -- Jun 19 08:59:32 zero -- MARK -- Jun 19 09:19:33 zero -- MARK -- Jun 19 09:39:33 zero -- MARK -- [3] 27421
- Durch Stoppen des Prozesses durch Drücken von Strg-Z und in den Hintergrund schicken mit %n (n ist die Jobnummer)
- watch cat /proc/cpuinfo
Strg-Z [4]+ Stopped watch cat /proc/cpuinfo
- bg %4
[4]+ watch cat /proc/cpuinfo &
Anweisungen im Zusammenhang mit Jobs (n ist die Jobnummer)
- bg %n : Einen Job in den Hintergrund stellen (wie oben)
- fg %n : Einen Job in den Vordergrund holen
- fg %4
watch cat /proc/cpuinfo
- jobs : Aktive Jobs ausgeben
- jobs
[1] Running tail -f /var/log/syslog & [2] Running tail -f /var/log/syslog & [3]- Running tail -f /var/log/messages & [4]+ Stopped watch cat /proc/cpuinfo
- Strg-Z : Einen Vordergrund-Job vorübergehend anhalten
- kill -STOP %n : Unterbricht Job im Hintergrund
- kill -STOP %1
- jobs
[1]+ Stopped tail -f /var/log/syslog [2] Running tail -f /var/log/syslog & [3] Running tail -f /var/log/messages & [4]- Stopped watch cat /proc/cpuinfo
- kill -CONT %n : Setzt den unterbrochenen Job im Hintergrund fort
- kill -CONT %1
- jobs
[1]+ Running tail -f /var/log/syslog & [2] Running tail -f /var/log/syslog & [3] Running tail -f /var/log/messages & [4]- Stopped watch cat /proc/cpuinfo
- kill -KILL %n : Tötet Job im Hintergrund
- kill -KILL %1
- jobs
[1]+ Killed tail -f /var/log/syslog [2] Running tail -f /var/log/syslog & [3] Running tail -f /var/log/messages & [4]- Stopped watch cat /proc/cpuinfo
- jobs
[2] Running tail -f /var/log/syslog & [3]- Running tail -f /var/log/messages & [4]+ Stopped watch cat /proc/cpuinfo
Bedingungen, die zu Jobausführung eingehalten werden sollen:
- Der Job soll nicht auf den Bildschirm schreiben (Standardausgabe +Standardfehlerkanal).
- Er soll keine Eingaben vom Benutzer erwarten.