Операционная система UNIX - Андрей Робачевский

Последний тип сообщений подсказывает еще одну возможность использования системного журнала — для отладки программ, особенно неинтерактивных.

Строка logstring может включать элементы форматирования, такие же, как и в функции printf(3), с одним дополнительным выражением %m, которое заменяется сообщением, соответствующим ошибке errno. При этом может осуществляться вывод значений дополнительных параметров.

Функция openlog(3) позволяет определить ряд опций ведения журнала. Она имеет следующее определение:

void openlog(char *ident, int logopt, int facility);

Строка ident будет предшествовать каждому сообщению программы. Аргумент logopt задает дополнительные опции, в том числе:

LOG_PID Позволяет указывать идентификатор процесса в каждом сообщении. Эта опция полезна при журналировании нескольких демонов с одним и тем же значением ident, например, когда демоны порождаются вызовом fork(2). LOG_CONS Позволяет выводить сообщения на консоль при невозможности записи в журнал.

Наконец, аргумент facility позволяет определить источник сообщений:

LOG_KERN Указывает, что сообщения отправляются ядром. LOG_USER Указывает, что сообщения отправлены прикладным процессом (используется по умолчанию). LOG_MAIL Указывает, что инициатором сообщений является система электронной почты. LOG_DAEMON Указывает, что инициатором сообщений является системный демон. LOG_NEWS Указывает, что инициатором сообщений является система телеконференций USENET. LOG_CRON Указывает, что инициатором сообщений является система cron(1).

Закончив работу с журналом, следует аккуратно закрыть его с помощью функции closelog(3):

void closelog(void);

Командный интерпретатор

Для примера интерактивного приложения, мы выбрали простейший командный интерпретатор. Данный пример позволяет продемонстрировать использование системных вызовов для порождения процесса, запуска программы и синхронизации выполнения процессов.

Функции приведенного командного интерпретатора сведены к минимуму: он распознает и выполняет несколько встроенных команд, остальной ввод он расценивает как внешние программы, которые и пытается запустить с помощью системного вызова exec(2).

#include <sys/types.h>

#include <sys/wait.h>

#include <unistd.h>

extern char** environ;

#define CMDSIZE 80

/* Встроенные команды интерпретатора */

#define CD 1

#define ECHO 2

#define EXEC 3 ...

#define PROGRAM 1000

/* Функция, которая производит анализ строки, введенной

   пользователем, выполняет подстановки и определяет,

   встроенная ли это команда или программа. В качестве аргумента

   функция принимает строку cmdbuf, введенную пользователем,

   и возвращает имя команды/программы path и переданные ей

   параметры arguments. Возвращаемое значение указывает на

   внутреннюю команду или внешнюю программу, которую необходимо

   запустить.*/

int parse_command(char* cmdbuf, char* path, char** arguments);

main {

 charcmd[CMDSIZE];

 int command;

 int stat_loc;

 char** args;

 char cmdpath[MAXPATH];

 while (1) {

  /* Выведем сообщение интерпретатора */

  write(1, "$ ", 2);

  /* Считаем ввод пользователя и проанализируем строку */

  cmdsize = read(0, cmd, CMDSIZE);

  cmd[cmdsize-1] ='';

  command = parse_command(cmd, cmdpath, args);

  switch(command) {

  /* Если это внутренняя команда, обработаем ее */

  case (CD):

   chdir(args[0]);

   break;

  case(ECHO):

   write(1, args[0], strlen(args[0]));

   break;

  case(EXEC):

   execve(path, args, environ);

   write(2, "shell: cannot execute", 21);

   break;

   ...

  /* Если это внешняя программа, создадим дочерний процесс, который

     и запустит программу */

  case(PROGRAM):

   pid = fork();

   if (pid < 0)

    write(2, "shell: cannot fork", 18);

   else if (pid == 0) {

    /* Дочерний процесс */

    execve(path, args, environ);

    write(2, "shell: cannot execute", 21);

   } else

    /* Родительский процесс */

    /* Ожидаем завершения выполнения программы */

   wait(&stat_lock);

   break;

  }

 }

}

Предложенный командный интерпретатор работает в бесконечном цикле, запрашивая ввод пользователя и анализируя строку с помощью функции parse_command(), текст которой здесь не приведен. В случае, если пользователь ввел встроенную команду интерпретатора, он выполняет команду собственными силами. В противном случае shell порождает дочерний процесс, который с помощью вызова execve(2) запускает указанную программу. В это время родительский процесс выполняет системный вызов wait(2) и приостанавливает свое выполнение до завершения работы программы, после чего на экран вновь выводится приглашение.

Заключение

Изначально система UNIX создавалась как среда разработки программ. Хотя сегодня UNIX применяется во многих областях, не связанных с разработкой программного обеспечения, эта операционная система по-прежнему пользуется большой популярностью среди программистов. В этой главе рассмотрены уже известные подсистемы операционной системы с точки зрения их программного интерфейса. В первую очередь — это интерфейс системных вызовов, определяющий базовые услуги, предоставляемые ядром системы прикладным процессам. При обсуждении вопросов, связанных с программированием в UNIX были проиллюстрированы отдельные положения фрагментами программ, написанными на языке С — стандартном языке UNIX, на котором написаны ядро и основные утилиты системы.

Глава 3

Подсистема управления процессами

Сердцем операционной системы UNIX является подсистема управления процессами. Практически все действия ядра имеют отношение к процессам, будь то обслуживание системного вызова, генерация сигнала, размещение памяти, обработка особых ситуаций, вызванных выполнением процесса или обеспечением услуг ввода/вывода по запросу прикладного процесса.

Вся функциональность операционной системы в конечном счете определяется выполнением тех или иных процессов. Даже так называемые уровни выполнения системы (run levels) представляют собой ни что иное, как удобную форму определения группы выполняющихся процессов. Возможность терминального или сетевого доступа к системе, различные сервисы, традиционные для UNIX, — система печати, удаленные архивы FTP, электронная почта и система телеконференций (news) — все это результат выполнения определенных процессов.

В этой главе рассматриваются вопросы: что такое процесс в представлении операционной системы, каковы связанные с ним структуры данных, позволяющие UNIX осуществлять управление процессом, а также описывается жизненный цикл процесса — от его создания до прекращения выполнения.

Процессы в UNIX неотъемлемо связаны с двумя важнейшими ресурсами системы — процессором (или процессорами) и оперативной памятью. Как правило, этих ресурсов никогда не бывает "много", и в операционной системе происходит активная конкурентная борьба за право обладания процессором и памятью. Мы рассмотрим принципы организации и управления памятью, т.к. даже при самом умеренном объеме физической памяти адресное пространство процесса составляет несколько гигабайт! Мы также подробно остановимся на том, как операционная система планирует выполнение процессов — ведь в каждый момент времени в однопроцессорной системе UNIX может выполняться не более одного процесса. UNIX является многозадачной системой общего назначения, поэтому задача справедливого распределения этого ресурса между задачами различного класса и с различными требованиями является нетривиальной.

Мы познакомимся с тем, как создаются новые процессы и запускаются новые программы (из предыдущих глав вы помните, что это не одно и то же). По существу процесс является "рамкой", в которую необходимо вставить "картину" или "фотографию" — некоторую прикладную программу. В этой главе рассматриваются важные этапы жизни процесса, такие как сон и пробуждение, переключение контекста, связанного со сменой задачи, и завершение его выполнения.