Операционная система UNIX - Андрей Робачевский

Поскольку планировщик принимает решение о запуске процесса, основываясь на приоритетах, единственным способом установить "справедливый" порядок запуска процессов является присвоение определенного приоритета каждому событию. Приоритет процесса и его влияние на планирование достаточно подробно обсуждались в разделе "Контекст процесса".

Завершение выполнения процесса

Процесс завершает свое выполнение с помощью функции exit(). Эта функция может быть вызвана системным вызовом exit(2), а если завершение процесса вызвано получением сигнала, функцию exit() вызывает само ядро. Функция exit() выполняет следующие действия:

□ Отключает все сигналы.

□ Закрывает все открытые файлы.

□ Сохраняет статистику использования вычислительных ресурсов и код возврата в записи proc таблицы процессов.

□ Изменяет состояние процесса на "зомби".

□ Делает процесс init(1M) родительским для всех потомков данного процесса.

□ Освобождает адресное пространство процесса, u-area, карты отображения и области свопинга, связанные с процессом.

□ Отправляет сигнал SIGCHLD родительскому процессу, уведомляя его о "смерти" потомка.

□ Пробуждает родительский процесс, если тот ожидает завершения потомка.

□ Запускает функцию переключения контекста, в результате чего высокоприоритетный процесс получает доступ к вычислительным ресурсам.

После завершения выполнения функции exit() процесс находится в состоянии "зомби". При этом от процесса остается запись proc в таблице процессов, содержащая статистику использования вычислительных ресурсов и код возврата. Эта информация может потребоваться родительскому процессу, поэтому освобождение структуры proc производит родитель с помощью системного вызова wait(2) возвращающего статистику и код возврата потомка. Если родительский процесс заканчивает свое выполнение раньше потомка, "родительские права" переходят к процессу init(1M). В этом случае после смерти потомка init(1M) делает системный вызов wait(2) и освобождает структуру proc.

Другая ситуация возникает, если потомок заканчивает свое выполнение раньше родителя, а родительский процесс не производит вызова wait(2). В этом случае структура proc потомка не освобождается и процесс продолжает находиться в состоянии "зомби" до перезапуска операционной системы. Хотя такой процесс (которого, вообще говоря, не существует) не потребляет ресурсов системы, он занимает место в таблице процессов, тем самым уменьшая максимальное число активных задач.

Сигналы

В некотором смысле сигналы обеспечивают простейшую форму межпроцессного взаимодействия, позволяя уведомлять процесс или группу процессов о наступлении некоторого события. Мы уже рассмотрели в предыдущих главах сигналы с точки зрения пользователя и программиста. Теперь мы остановимся на обслуживании сигналов операционной системой.

Группы и сеансы

Группы процессов и сеансы уже обсуждались в главе 2. Такое представление набора процессов используется в UNIX для управления доступом к терминалу и поддержки пользовательских сеансов работы в системе. Перечислим еще раз наиболее важные понятия, связанные с группами и сеансами.

□ Группа процессов. Каждый процесс принадлежит определенной группе процессов. Каждая группа имеет уникальный идентификатор. Группа может иметь в своем составе лидера группы — процесс, чей идентификатор PID равен идентификатору группы. Обычно процесс наследует группу от родителя, но может покинуть ее и организовать собственную группу.

□ Управляющий терминал. Процесс может быть связан с терминалом, который называется управляющим. Все процессы группы имеют один и тот же управляющий терминал.

□ Специальный файл устройства /dev/tty. Этот файл связан с управляющим терминалом процесса. Драйвер для этого псевдоустройства по существу перенаправляет запросы на фактический терминальный драйвер, который может быть различным для различных процессов. Например, два процесса, принадлежащие различным сеансам, открывая файл /dev/tty, получат доступ к различным терминалам.

Управление сигналами

Сигналы обеспечивают механизм вызова определенной процедуры при наступлении некоторого события. Каждое событие имеет свой идентификатор и символьную константу. Некоторые из этих событий имеют асинхронный характер, например, когда пользователь нажимает клавишу <Del> или <Ctrl>+<C> для завершения выполнения процесса, другие являются уведомлением об ошибках и особых ситуациях, например, при попытке доступа к недопустимому адресу или вызовы недопустимой инструкции. Различные события, соответствующие тем или иным сигналам, подробно рассматривались в главе 2.

Говоря о сигналах необходимо различать две фазы этого механизма — генерация или отправление сигнала и его доставка и обработка. Сигнал отправляется, когда происходит определенное событие, о наступлении которого должен быть уведомлен процесс. Сигнал считается доставленным, когда процесс, которому был отправлен сигнал, получает его и выполняет его обработку. В промежутке между этими двумя моментами сигнал ожидает доставки.

Отправление сигнала

Ядро генерирует и отправляет процессу сигнал в ответ на ряд событий, которые могут быть вызваны самим процессом, другим процессом, прерыванием или какими-либо внешними событиями. Можно выделить основные причины отправки сигнала:

Особые ситуации Когда выполнение процесса вызывает особую ситуацию, например, деление на ноль, процесс получает соответствующий сигнал. Терминальные прерывания Нажатие некоторых клавиш терминала, например, <Del>, <Ctrl>+<C> или <Ctrl>+<>, вызывает отправление сигнала текущему процессу, связанному с терминалом. Другие процессы Процесс может отправить сигнал другому процессу или группе процессов с помощью системного вызова kill(2). В этом случае сигналы являются элементарной формой межпроцессного взаимодействия. Управление заданиями Командные интерпретаторы, поддерживающие систему управления заданиями, используют сигналы для манипулирования фоновым и текущими задачами. Когда процесс, выполняющийся в фоновом режиме делает попытку чтения или записи на терминал, ему отправляется сигнал останова. Когда дочерний процесс завершает свою работу, родитель уведомляется об этом также с помощью сигнала. Квоты Когда процесс превышает выделенную ему квоту вычислительных ресурсов или ресурсов файловой системы, ему отправляется соответствующий сигнал. Уведомления Процесс может запросить уведомление о наступлении тех или иных событий, например, готовности устройства и т.д. Такое уведомление отправляется процессу в виде сигнала. Алармы Если процесс установил таймер, ему будет отправлен сигнал, когда значение таймера станет равным нулю.

Доставка и обработка сигнала

Для каждого сигнала в системе определена обработка по умолчанию, которую выполняет ядро, если процесс не указал другого действия. В общем случае существуют пять возможных действий: завершить выполнение процесса (с созданием образа core и без), игнорировать сигнал, остановить процесс и продолжить процесс (справедливо для остановленного процесса, для остальных сигнал игнорируется), наиболее употребительным из которых является первое.

Как уже обсуждалось в главе 2, процесс может изменить действие по умолчанию, либо зарегистрировав собственный обработчик сигнала, либо указав, что сигнал следует игнорировать. Процесс также может заблокировать сигнал, отложив на некоторое время его обработку. Это возможно не для всех сигналов. Например, для сигналов SIGKILL и SIGSTOP единственным действием является действие по умолчанию, эти сигналы нельзя ни перехватить, ни заблокировать, ни игнорировать. Для ряда сигналов, преимущественно связанных с аппаратными ошибками и особыми ситуациями, обработка, отличная от умалчиваемой, не рекомендуется, так как может привести к непредсказуемым (для процесса) результатам.