Sissejuhatus operatsioonisüsteemidesse

Tere, Habr! Soovin esitleda teile huvitavate artiklite tõlgitud seeriat — OSTEP. Käesolevas materjalis uuritakse sügavalt unix-laadsete operatsioonisüsteemide toimimist, nimelt — protsesside, erinevate planeerijate, mälu ja teiste sarnaste komponentide töötamist, mis koosnevad kaasaegsest operatsioonisüsteemist. Kõiki materjale saate näha siin siit. Palun arvestage, et tõlge on tehtud mitteprofessionaalselt (piisavalt vaba), kuid loodan, et üldine mõte on säilinud.

Käesoleva aine laboritöid saab leida siit:

• originaal
• originaal
• minu isiklik kohandamine

Teised osad:

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

Ja võite ka külastada minu kanalit Telegramis =)

Häire! selle loengu jaoks on labor! vaata github

Process API

Vaatame näidet protsessi loomise kohta UNIX süsteemis. See toimub kahe süsteemikõne kaudu fork() ja exec().

Fork() kõne

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

Esiteks siseneme funktsiooni main() ja kuvame ekraanile stringi. String sisaldab protsessi identifikaatori, mis originaalis nimetatakse PID või protsessi identifikaator. Seda identifikaatorit kasutatakse UNIXis protsessiga suhtlemiseks. Järgmise käsklusega kutsub fork() esile. Sel ajahetkel luuakse praktiliselt täpne koopia protsessist. Operatsioonisüsteemile näeb see välja nii, et süsteemis on käivitunud nagu 2 koopiat samast programmist, mis omakorda väljuvad fork() funktsioonist. Uuesti loodud protsess-tütar (seoses tema loojaga, protsess-ema) ei hakka enam täitma, alustades funktsioonist main(). Tuleb meeles pidada, et protsess-tütar ei ole täpne koopia protsess-ema, eelkõige on tal oma aadressiruumi, oma registrid, oma näitaja täidetavatele juhistele ja nii edasi. Seega, väärtus, mis suunajale fork() funktsiooni tagastatakse, on erinev. Eelkõige saab protsess-ema tagasiväärtuseks lapse protsessi PID väärtuse, samas kui laps saab väärtuse, mis on võrdne 0. Nende tagasiväärtustega saab hiljem eristada protsesse ja sundida igaüht neist täitma oma tööd. Samas ei ole antud programmi täitmine rangelt määratletud. Pärast kahe protsessi vahel jagamist hakkab operatsioonisüsteem neid jälgima ja planeerima nende tööd. Üksikesituatsioonis jätkab töö tegemist üks protsess, antud juhul — ema, ning seejärel võtab juhtimise endale protsess-tütar. Taas käivitamisel võib olukord kujuneda teisiti.

wait() kõne

Vaatame järgmist programmi. Selles programmis tänu wait() kõne olemasolule wait() protsess-ema ootab alati protsess-tütar lõpetamist. Sel juhul saame rangelt määratletud väljundi ekraanile

exec() kõne

Vaatame exec() kutsumist. exec()See süsteemikõne on kasulik, kui soovime käivitada täiesti teise programmi. Siin kutsume esile execvp() wc programmi käivitamiseks, mis on sõnade loendamise programm. Mis siis toimub, kui kutsutakse exec()? Sellesse kutse antakse argumendina täidetava faili nimi ja mõned parameetrid. Pärast seda laaditakse kood ja staatilised andmed sellest käitatavast failist ja asendatakse oma koodisegment. Ülejäänud mälupiirkonnad, nagu õiguste ja kuhja, lähtestatakse. Pärast seda tegeleb opsüsteem lihtsalt programmi käivitamisega, edastades sellele argumendid. Sel viisil ei loonud me uut protsessi, vaid lihtsalt muundasime jooksva programmi teiseks jooksva programmiks. Pärast exec() kutset on järglases mulje, et algne programm nagu ei käivitunudki.

Selle käivitamise keerukus on täiesti normaalne Unix shell-ühenduses ja võimaldab sellel shellil täita koodi pärast kutset fork(), kuid enne kutset exec(). Sellise koodi näitena võib tuua shelli keskkonna kohandamise jooksva programmi vajadustele enne selle otsest käivitamist.

Shell — see on lihtsalt kasutaja programm. See näitab teile kutse rida ja ootab, kuni te sinna midagi kirjutate. Enamikul juhtudel, kui sinna programmimise nime kirjutada, leiab shell selle asukoha, kutsub esile fork() meetodi ja seejärel, et luua uus protsess, kutsub ta mõnda exec() tüüpi ning ootab selle täitmise lõpetamist wait() kutsega. Kui järglase protsess lõpetab, naaseb shell wait() kutse lõpetamisele ja kuvab jälle kutse rida, ootades järgmise käsu sisestamist.

fork() ja exec() eraldamine võimaldab shellil teha järgmisi asju, näiteks:
wc file > new_file.

Selles näites on wc programmi väljund suunatud faili. Viis, kuidas shell seda saavutab, on piisavalt lihtne — protsessi-lapse loomisel ennen kutset exec(), sulgeb shell standardväljundvoo ja avab faili new_file, seega suunatakse edasise jooksva programmi kogu väljund faili asemel ekraanile. wc Unix pipe

on rakendatud sarnasel viisil, erinevuseks on see, et need kasutavad pipe() kutset. Sel juhul on protsessi väljundvoog ühendatud tuumasse asuva ootequeuesse, millele on ühendatud teise protsessi sisendvoog. 🥇Operating Systems: Three Easy Pieces. Part 3: Process API (tõlge) | ProHoster

Allikas: habr.com