Sissejuhatus operatsioonisüsteemidesse

Tere, Habr! Soovin tutvustada teile artiklite seeriat, mis on tõlkinud minu arvates huvitavat kirjandust — OSTEP. Selles materjalis käsitletakse sügavalt unix-sarnaste operatsioonisüsteemide toimimist, sealhulgas protsesside, erinevate planeerijate, mäluhalduse ja muude sarnaste komponentide töötamise aspekte, mis moodustavad tänapäeva operatsioonisüsteemi. Originaali kõiki materjale saate vaadata siit: siin. Palun arvestage, et tõlge on tehtud mitteprofessionaalselt (piisavalt vabalt), kuid loodan, et olen põhisisu säilitanud.

Laboritööd selle aine kohta leiate siit:

• originaal
• originaal
• minu isiklik kohandamine

Teised osad:

• Osa 1: Sissejuhatus
• Osa 2: Abstraktsioon: protsess
• Osa 3: Sissejuhatus protsesside API-sse

Lisaks võite minna minu kanalile Telegraam =)

Häire! selle loenguga on labor! vaata github

Protsessi API

Vaadake näidet protsessi loomisest UNIX süsteemis. See toimub kahe süsteemi kõne kaudu fork() ja exec().

Kutse fork()

Vaadake programmi, mis kutsub esile fork(). Selle täitmise tulemus on järgmine.

Esiteks siseneme funktsiooni main() ja välja kirjutame rea ekraanile. Rida sisaldab protsessi identifikaatorit, mida algselt nimetatakse PID või protsessi identifikaator. See identifikaator kasutatakse UNIXis, et viidata protsessile. Järgmise käsuga kutsub käivituma funktsioon fork(). Sel hetkel luuakse praktiliselt täpne koopia protsessist. Operatsioonisüsteemi jaoks näeb see välja nii, et süsteemis on nagu kaks koopia sama programmiga, mis lõpetavad fork() funktsioonist väljumise. Uuesti loodud protsess-lapse (seoses selle loonud protsess-vanemaga) ei hakka enam töötama alates funktsioonist main(). Tuleb meeles pidada, et protsess-laps ei ole protsess-vanema täpne koopia, eelkõige on tal oma aadressiruum, oma registrid, oma näidud täidetavate juhiste jaoks ja nii edasi. Seega tagastatav väärtus funktsiooni fork() kutse korral on erinev. Eelkõige saab protsess-vanem tagastuseks protsessi lapse PID väärtuse, samas kui laps saab väärtuse, mis on võrdne 0. Nende tagastuskoodide alusel saab hiljem juba eristada protsesse ja sundida igaüht nende tööd tegema. Siiski ei ole selle programmi täitmine rangelt määratletud. Pärast kaheks jagunemist jälgib OS neid ja kavandab nende tööd. Ühesüdamiku protsessori korral jätkab töö ühel protsessil, antud juhul - vanemal, ja seejärel saab juhtimise protsess-laps. Uue käivitamise korral võib olukord olla erinev.

Wait() kutse

Vaatame järgmist programmi. Selle programmi puhul, tänu kutse olemasolule wait() vanemprotsess ootab alati järglase protsessi lõpetamist. Sel juhul saame täpselt määratletud väljundi ekraanile

Exec() kutse

Vaatame kutset exec(). See süsteemikutse on kasulik, kui soovime käivitada täiesti teise programmi. Siin kutsume üles execvp() wc programmi käivitamiseks, mis on sõnade loendamise programm. Mida juhtub exec() kutse tegemisel? Sellele kutsele edastatakse argumentidena käivitatava faili nimi ja mõned parameetrid. Seejärel laaditakse koode ja staatilisi andmeid sellest käivitatavast failist ning asendatakse omaenda koodisegment. Muu mälu, nagu virn ja hunnik, initialiseeritakse uuesti. Pärast seda operatsioonisüsteem lihtsalt täidab programmi, edastades sellele argumendikomplekti. Seega ei loonud me uut protsessi, vaid muutsime jooksva programmi teiseks jooksvaks programmiks. Pärast exec() kutse tegemist on järglasel tunne, et algne programm ei ole üldse käivitatud.

See käivitamise keerukus on täiesti normaalne Unix shelli jaoks ja võimaldab sellel shellil koodi täita pärast kutset fork(), aga enne kutset exec(). Sellise koodi näiteks võib olla shelli keskkonna kohandamine käivitatava programmi vajaduste järgi, enne selle vahetut käivitamist.

Shell — vaid kasutajate rakendus. See kuvab teile käsurea ja ootab, kuni kirjutate sinna midagi. Enamikul juhtudel, kui sinna kirjutada programmi nimi, leiab shell selle asukoha, kutsub esile fork() meetodi, seejärel kutsub mõne exec() tüüpi meetodi, et luua uus protsess ja ootab selle täitmise lõppemist wait() kutsumisega. Kui alampakett lõpetab, naaseb shell wait() kutsumisest ja kuvab uuesti käsurea ning ootab järgmise käsu sisestamist.

fork() ja exec() eraldamine võimaldab shell'il teha järgmisi asju, näiteks:
wc fail > new_file.

Selles näites suunatakse wc programmi väljund faili. See, kuidas shell seda saavutab, on piisavalt lihtne — enne lapseprotsessi loomist ja kutsumist exec(), sulgeb shell standardse väljundvoo ja avab faili new_file, seega suunatakse kogu edaspidi käivitava programmi wc väljund faili asemel ekraanile.

Unix pipe on realiseeritakse sarnaselt, kuid erinevusega, et nad kasutavad pipe() kutsumist. Sellisel juhul on protsessi väljundvoog ühendatud tuumasse paikneva pipe järjekorraga, millele on aga ühendatud teise protsessi sisendvoog.

Allikas: habr.com