Prozesse

Was ist ein Prozess?

Ein Prozess setzt sich aus zwei Teilen zusammen:

1.Programm, das in den Hauptspeicher geladen wurde

2.Prozessumgebung

Unter einem Prozess versteht man ein Programm (binär), das in den Hauptspeicher geladen wurde. Also nicht das Program selbst, das auf der Festplatte liegt ist der Prozess, sondern es wird erst durch das Laden in den Hauptspeicher dazu. Normalerweise liegt ein Programm als ausführbare Datei irgendwo auf der Festplatte oder auf Diskette. Ob es sich bei dem Programm um eine binäre Datei handelt, kann man mit dem Befehl file feststellen.

root@zero:~# file /bin/mkdir
/bin/mkdir: ELF 32-bit LSB executable, Intel 80386, version 1 (SYSV), dynamically linked (uses shared libs), for GNU/Linux 2.6.8, 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 PID, 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

ps

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 Prpzesse 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

root@zero:~# 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)

root@zero:~# watch cat /proc/cpuinfo
Strg-Z
[4]+  Stopped                 watch cat /proc/cpuinfo
root@zero:~# 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

root@zero:~# fg %4
watch cat /proc/cpuinfo

jobs : Aktive Jobs ausgeben

root@zero:~# 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

root@zero:~# kill -STOP %1
root@zero:~# 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

root@zero:~# kill -CONT %1 root@zero:~# 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

root@zero:~# kill -KILL %1
root@zero:~# 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
root@zero:~# 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.