3.7.1. Механизм создания процесса и запуска программы

Рассмотрим следующий пример (рис. 3.4). Пользователь, работая в командном режиме, запускает команду ls(1). Текущий процесс sh() делает вызов fork(2), порождая вторую копию shell. В свою очередь, порожденный shell вызывает exec(2), указывая в качестве параметра имя исполняемого файла, образ которого необходимо загрузить в память вместо кода shell.

Код ls(1) замещает код порожденного shell'a, и утилита ls(1) начинает выполняться. По завершении работы ls(1) созданный процесс «умирает». Пользователь вновь возвращается в командный режим.

Описанная процедура запуска новой программы называется fork–and–exec.

Системный вызов fork() служит для создания процессом своей собственной копии. Он представляет собой единственное средство для увеличения числа процессов.

Оба процесса разделяют между собой открытые файлы, и каждый из них в состоянии определить, родитель он или приемник.

Рис. 3.4. Создание процесса и запуск программы

С помощью вызова wait() интерпретатор shell организует выполнение программ в приоритетном (привилегированном) режиме – foreground. В этом случае shell выдает вызов fork(), далее порожденный процесс посредством вызова exec() вызывает процесс, затребованный пользователем, а процесс–родитель (shell) ожидает завершения последнего. Как только это происходит, shell выдает подсказку на ввод следующей команды. В фоновом режиме (background) shell аналогичным способом запускает необходимые процессы, но не ожидает их завершения.

Любой процесс в UNIX порождается с помощью системного вызова fork – вызова ветвления. При выполнении разветвления процесса проверяется, достаточно ли доступной памяти для данного процесса. Если да, то образ текущего процесса копируется в новый образ процесса, и в таблице процессов возникает новый элемент. Новый элемент создается и в таблице пользователя. Новому процессу присваивается новый уникальный идентификатор процесса, а разветвляющемуся процессу присваивается идентификатор родительского процесса.

3.7.2. Графический пример дерева процессов

Рассмотрим типичное «дерево» процессов в UNIX (рис. 3.5). Все процессы в UNIX создаются посредством системного вызова fork(). Запуск на выполнение новых задач осуществляется либо по схеме fork–and–exec (на рис. 3.5 эти связи показаны сплошными стрелками), либо с помощью exec() (на рис. 3.5 – это пунктирные стрелки).

Прародителем всех процессов является процесс init, называемый также распределителем процессов.

Рис. 3.5. Типичное дерево процессов в UNIX

Процессы shed и vhand являются системными процессами и формально не входят в иерархию.

Созданный процесс называется «процессом–ребенком», а процесс, вызвавший fork() – «процессом–родителем». Отметим, что по системному вызову fork() «процесс–родитель» не уничтожается. По окончании процедуры порождения нового процесса оба они – и старый, и новый – начинают конкурентную борьбу за ресурсы системы, например за время использования процессора.

Чаще всего системный вызов fork() используется для создания процессов, которые начинают свою работу с системного вызова exec().

В результате выполнения такой последовательности «родитель» создает новый процесс, а не просто порождает свой дубликат. В данном случае меняется не число процессов, а их количество. Иными словами, после вызова exec() вызывающий процесс заменяется некоторым другим. Идентификатор процесса и открытые файлы при этом остаются неизменными.

Именно такое типичное применение пары fork–exec демонстрирует shell, в котором с помощью указанного приема организуется выполнение почти всех вводимых вами команд. Shell («родитель») выполняет системный вызов wait() для ожидания завершения «процесса–ребенка».

Системный вызов kill() служит для передачи сигналов из одного процесса в другой. (Отметим, что имя kill, буквально означающее «убить», выбрано неудачно).

Сигнал – это определенное взаимными соглашениями значение, которым закодирована информация, передаваемая из одного процесса в другой. Так, одним из наиболее часто употребляемых сигналов является SIGKILL. Получив этот сигнал, соответствующий процесс завершает свою работу. В ОС UNIX применяются еще более десятка стандартных сигналов.

Пары kill–signal в совокупности образуют простую, но в то же время мощную систему коммуникаций между процессами.

В ОС UNIX имеется системный вызов exit(), который прекращает существование выдавшего его процесса. Этот вызов выполняется автоматически как реакция на некоторые сигналы или по достижению конца основного модуля программы на языке Си.

Явным образом системный вызов exit() может быть задан в произвольном месте программы. Выполнение этого вызова приводит к закрытию всех файлов, открытых процессом.