Текст книги "Linux программирование в примерах"
Автор книги: Арнольд Роббинс
Жанры:
Программирование
,сообщить о нарушении
Текущая страница: 28 (всего у книги 55 страниц)
Управление заданиями сложно, включает группы процессов, сеансы, механизмы ожидания, сигналы и манипулирование группой процессов терминала. По существу, мы решили не вдаваться в детали. Однако, вы можете захотеть взглянуть на следующие книги:
1. Advanced Programming in the UNIX Environment, 2nd edition, by W. Richard Stevens and Stephen Rago. Addison-Wesley, Reading Massachusetts, USA, 2004. ISBN: 0-201-43307-9.
Эта книга и полна, и основательна, охватывая элементарное и продвинутое программирование под Unix. Она превосходно освещает группы процессов, сеансы, управление заданиями и сигналы
2. The Design and Implementation of the 4.4 BSD Operating System, by Marshall Kirk McKusick, Keith Bostic, Michael J. Karels, and John S. Quarterman. Addison-Wesley, Reading, Massachusetts, USA, 1996. ISBN: 0-201-54979-4.
Эта книга дает хороший обзор того же материала, включая обсуждение структур данных ядра, которое можно найти в разделе 4.8 этой книги.
9.7. Резюме• Новые процессы создаются с помощью fork(). После этого оба процесса исполняют один и тот же код, причем единственным различием является возвращаемое значение: 0 в порожденном процессе и положительный номер PID в родительском. Порожденный процесс наследует копии почти всех атрибутов родителя, наиболее важными из которых являются, пожалуй, открытые файлы.
• Унаследованные разделяемые дескрипторы файлов делают возможным многое из высокоуровневой семантики Unix и элегантные управляющие структуры оболочки. Это одна из наиболее фундаментальных частей оригинального дизайна Unix. Из-за разделения дескрипторов файл на самом деле не закрывается до тех пор, пока не будет закрыт последний открытый дескриптор файла. Это в особенности касается каналов, но затрагивает также освобождение дисковых блоков для удаленных, но все еще открытых файлов.
• Вызовы getpid() и getppid() возвращают ID текущего и родительского процессов соответственно. Родителем процесса, первоначальный родитель которого завершается, становится специальный процесс init с PID 1. Таким образом, PPID может меняться, и приложения должны быть готовы к этому.
• Системный вызов nice() дает возможность настраивать приоритет вашего процесса. Чем приятнее вы по отношению к другим процессам, тем меньше ваш относительный приоритет, и наоборот. Лишь суперпользователь может иметь больший приоритет по сравнению с другими процессами. На современных системах, особенно однопользовательских, нет действительных причин для изменения знамения относительного приоритета.
• Системный вызов exec() начинает исполнение новой программы в существующем процессе. Шесть различных версий вызова предоставляют гибкость в установке списков аргументов и окружения ценой первоначальной путаницы по поводу того, какую из них лучше всего использовать. Два варианта имитируют механизм поиска оболочки и отступают к использованию оболочки для интерпретации файла в случае, если он не является двоичным исполняемым файлом; эти варианты должны использоваться с предусмотрительностью.
• Значение argv[0] для новой программы обычно происходит от имени исполняемого файла, но это лишь соглашение. Как и в случае с fork(), значительный, но не идентичный набор атрибутов наследуется через exec. Другие атрибуты сбрасываются для использования подходящих значений по умолчанию.
• Функция atexit() регистрирует функции обратного вызова для вызова в порядке LIFO при завершении программы. Функции exit(), _exit() и _Exit() все завершают программу, передавая статус завершения обратно родителю, exit() очищает открытые потоки FILE* и запускает функции, зарегистрированные с помощью atexit(). Две другие функции завершаются немедленно и должны использоваться, лишь когда exec в порожденном процессе завершилась неудачей. Возвращение из main() подобно вызову exit() с данным возвращаемым значением. В C99 и C++ выпадение из main() в конце функции дает тот же результат, что и 'exit(0)', но является плохой практикой.
• wait() и waitpid() являются функциями POSIX для получения статуса завершения порожденного процесса. Различные макросы позволяют определить, завершился ли порожденный процесс нормально, и в таком случае определить статус его завершения, или же порожденный процесс претерпел сигнал завершения, и в этом случае определить совершивший этот проступок сигнал. Со специальными опциями waitpid() предоставляет также сведения о потомках, которые не завершились, но изменили состояние.
• Системы GNU/Linux и большинство Unix-систем поддерживают также функции BSD wait3() и wait4(). GNU/Linux поддерживает также выходящий из употребления union wait. Функции BSD предоставляют struct rusage, давая доступ к сведениям об использовании времени процессора, что может быть удобным. Хотя если waitpid() будет достаточной, то это наиболее переносимый способ выполнения.
• Группы процессов являются частью более крупного механизма управления заданиями, который включает сигналы, сеансы и манипулирование состоянием терминала, getpgrp() возвращает ID группы процессов текущего процесса, a getpgid() возвращает PGID определенного процесса. Сходным образом, setpgrp() устанавливает PGID текущего процесса равным его PID, делая его лидером группы процессов; setpgid() дает возможность родительскому процессу установить PGID порожденного, который еще не выполнил exec.
• Каналы и FIFO предоставляют односторонний коммуникационный канал между двумя процессами. Каналы должны быть установлены общим предком, тогда как FIFO могут использоваться любыми двумя процессами. Каналы создаются с помощью pipe(), а файлы FIFO создаются с помощью mkfifo(). Каналы и FIFO буферируют свои данные, останавливая производителя или потребителя, когда канал заполняется или пустеет.
• dup() и dup2() создают копии дескрипторов открытых файлов. В сочетании с close() они дают возможность поместить дескрипторы файлов на место стандартного ввода и вывода для каналов. Чтобы каналы работали правильно, все копии неиспользуемых концов каналов до исполнения программой назначения exec должны быть закрыты. Для создания нелинейных каналов может быть использован /dev/fd, что демонстрируется возможностью замещения процессов оболочками Bash и Korn.
• fcntl() является функцией для выполнения различных работ. Она управляет атрибутами как самого дескриптора файла, так и лежащего в его основе файла. В данной главе мы видели, что fcntl() используется для следующего:
• Дублирования дескриптора файла, имитирования dup() и почти имитирования dup2().
• Получения и установки флага close-on-exec. Флаг close-on-exec является в настоящее время единственным атрибутом дескриптора файла, но он важен. Он не копируется в результате действия dup(), но должен явным образом устанавливаться для дескрипторов файлов, которые не должны оставаться открытыми после выполнения exec. На практике, это должно быть сделано для большинства дескрипторов файла.
• Получение и установка флагов, управляющих нижележащим файлом. Из них O_NONBLOCK является, пожалуй, наиболее полезным, по крайней мере, для FIFO и каналов. Это определенно самый сложный флаг.
1. Напишите программу, которая выводит как можно больше сведений о текущем процессе: PID, PPID, открытые файлы, текущий каталог, значение относительного приоритета и т.д. Как вы можете сказать, какие файлы открыты? Если несколько дескрипторов файлов ссылаются на один и тот же файл, укажите это. (Опять-таки, как вы можете это узнать?)
2. Как вы думаете, atexit() хранит указатели на функции обратного вызова? Реализуйте atexit(), держа в уме принцип GNU «никаких произвольных ограничений». Набросайте схему (псевдокод) для exit(). Каких сведений (внутренностей библиотеки exit()?
3. Программа xargs предназначена для многократных запусков команды и аргументов, когда аргументов слишком много для непосредственного набора в командной строке. Программа работает, считывая строки из стандартного ввода, рассматривая каждую строку в качестве отдельного аргумента для указанной команды, и упаковывая аргументы до тех пор, пока они остаются в пределах максимально допустимого для системы. Например:
$ grep ARG_MAX /usr/include/*.h /usr/include/*/*.h /* Командная строка */
bash: /bin/grep: Argument list too long /* Сообщение оболочки об ошибке */
$ find /usr/include -name '*.h' | xargs grep ARG_MAX /* find b xargs работают */
/usr/include/sys/param.h:#define NCARGS ARG_MAX
...
Константа ARG_MAX в
Напишите простую версию xargs, которая работает указанным способом. Не забудьте об окружении при вычислении размера необходимого пространства. Убедитесь, что тщательно управляете памятью.
4. Компоновка значения status, заполняемого функциями wait() и waitpid(), стандартом POSIX не определяется. Хотя и историческое, это 16-разрядное значение, которое выглядит, как показано на рис. 9.8.
Рис. 9.8. Компоновка значения status функции wait()
• Ненулевое значение в битах 0–7 указывает на завершение по сигналу.
• Все единичные биты в поле сигнала указывает, что порожденный процесс остановлен. В этом случае биты 9-15 содержат номер сигнала.
• Единичное значение бита 8 указывает завершение со снимком процесса.
• Если биты 0–7 равны нулю, процесс завершился нормально. В этом случае биты 9–15 являются статусом завершения.
Напишите с данными сведениями макросы POSIX WIFEXITED() и др.
5. Помня, что dup2() сначала закрывает запрошенный дескриптор файла, реализуйте dup2(), используя close() и fcntl(). Как вы обработаете случай, когда fcntl() возвращает значение меньше запрошенного?
6. Есть ли на вашей системе каталог /dev/fd? Если есть, как он реализован?
7. Напишите новую версию ch09-pipeline.c, которая порождает лишь один процесс. После порождения родитель должен поменять дескрипторы своих файлов и сам выполнить exec для одной из новых программ.
8. (Трудное) Как вы можете узнать, вызывал ли ваш процесс когда-нибудь chroot()? Напишите программу, которая проверяет это и выводит сообщение с ответом да или нет. Можно ли обмануть вашу программу? Если да, как?
9. Есть ли на вашей системе каталог /proc? Если да, доступ к какой информации о процессе он обеспечивает?
Глава 10
Сигналы
Данная глава освещает все подробности сигналов, важную, но сложную часть GNU/Linux API.
10.1. ВведениеСигнал является указанием, что случилось какое-то событие, например, попытка сослаться на адрес памяти, который не является частью адресного пространства вашей программы, или когда пользователь нажимает CTRL-C для выхода из программы (называется генерированием прерывания).
Программа может узнать лишь, что определенный сигнал был по крайней мере однажды. Обычно вы не можете сказать, случился ли один и тот же сигнал несколько раз. Вы можете отличить один сигнал от другого и управлять способом реагирования программы на различные сигналы.
Механизмы обработки сигналов развились с течением времени. Как бывает почти со всеми такими механизмами, стандартизованы и доступны как первоначальные, так и более новые API. Однако, из фундаментальных API обработка сигналов обнаруживает, возможно, самые широкие изменения; имеется множество возможностей обработки, чтобы преуспеть в использовании наиболее подходящего API. В результате, возможно, это самая трудная глава в книге. Мы сделаем всевозможное, чтобы сделать изложение более ясным, но если вы проработаете эту главу более тщательно, чем обычно, это поможет.
В отличие от большинства глав в данной книге, наше представление здесь историческое, связанное с освещением развития API, включая API, которые никогда не следует использовать в новом коде. Мы делаем это, потому что это упрощает изложение, делая понятным, почему функция POSIX API sigaction() поддерживает все те возможности, которые поддерживает.
Каждый сигнал (вскоре мы представим полный список) имеет связанное с ним действие по умолчанию. POSIX обозначает это как диспозицию (disposition) сигнала. Это то действие, которое ядро осуществляет для процесса, когда поступает определенный сигнал. Действие по умолчанию варьирует:
Завершение
Процесс завершается.
Игнорирование
Сигнал игнорируется. Программа никогда не узнает, что что-то случилось.
Снимок образа процесса
Процесс завершается, и ядро создает файл core (в текущем каталоге процесса), содержащий образ работавшей на момент поступления сигнала программы. Снимок процесса может впоследствии использоваться с отладчиком для исследования состояния программы (см. главу 15 «Отладка»).
По умолчанию системы GNU/Linux создают файлы с именем core.pid, где pid является ID завершаемого процесса. (Это можно изменить; см. sysctl(8).) Такое именование позволяет хранить в одном и том же каталоге несколько файлов core, за счет использования большего дискового пространства.[105]105
По крайней мере один поставщик дистрибутивов GNU/Linux отменяет сознание файлов core «с иголочки». Для повторного подключения этой возможности поместите в свой файл ~/.profile строку 'ulimit -S -с unlimited' – Примеч. автора.
[Закрыть] Традиционные системы Unix называют файл core, и это ваше дело сохранить какие-нибудь файлы core для последующего изучения, если есть шанс создания других таких же файлов в том же каталоге.
Остановка
Процесс останавливается. Впоследствии он может быть возобновлен. (Если вы использовали управление заданиями оболочки с помощью CTRL-Z, fg и bg, вы понимаете остановку процесса.)
signal() и raise()Стандарт ISO С определяет первоначальный API управления сигналами V7 и новый API для посылки сигналов. Вы должны использовать их для программ, которым придется работать на не-POSIX системах, или в случаях, когда предоставляемые ISO С API возможности являются достаточными.
signal()Действие сигнала изменяется с помощью функции signal(). Вы можете изменить действие на «игнорировать сигнал», «восстановить для сигнала действие системы по умолчанию» или «вызвать при появлении сигнала мою функцию с номером сигнала в качестве параметра».
Функция, которую вы предоставляете для распоряжения сигналом, называется обработчиком сигнала (или просто обработчиком), а установка ее в соответствующем месте осуществляет перехват (catch) сигнала.
Получив эти сведения, давайте перейдем к API. В заголовочном файле
#include
void (*signal(int signum, void (*func)(int)))(int);
Это объявление для функции signal() почти невозможно прочесть. Поэтому справочная страница GNU/Linux signal(2) определяет ее таким способом:
typedef void (*sighandler_t)(int);
sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
Теперь это более вразумительно. Тип sighandler_t является указателем на функцию с возвращаемым типом void, которая принимает один целый аргумент. Это целое является номером поступающего сигнала.
Функция signal() принимает номер сигнала в качестве своего первого параметра, а указатель функции (новый обработчик) в качестве своего второго аргумента. Если последний не является указателем функции, он может быть лишь SIG_DEF, что означает «восстановить действие по умолчанию», либо SIG_IGN, что означает «игнорировать сигнал».
signal() изменяет действие для signum и возвращает предыдущее действие. (Это дает вам возможность восстановить при желании предыдущее действие.) Возвращаемое значение может равняться также SIG_ERR, что указывает на произошедшую ошибку. (Некоторые сигналы невозможно перехватить или игнорировать; предоставление для них обработчика сигнала или неверный signum создают эту ошибку.) В табл. 10.1 перечислены сигналы, доступные под GNU/Linux, их числовые значения, действия по умолчанию для каждого, формальный стандарт или современная операционная система, которые их определяют, и смысл каждого.
Таблица 10.1. Сигналы GNU/Linux
SIGHUP | 1 | Term | POSIX | Отсоединение |
SIGINT | 2 | Term | ISO C | Прерывание |
SIGQUIT | 3 | Core | POSIX | Выход |
SIGILL | 4 | Core | ISO C | Недействительная инструкция |
SIGTRAP | 5 | Core | POSIX | Трассировочная ловушка |
SIGABRT | 6 | Core | ISO C | Прекращение |
SIGIOT | 6 | Core | BSD | Ловушка IOT |
SIGBUS | 7 | Core | BSD | Ошибка шины |
SIGFPE | 8 | Core | ISO C | Исключение с плавающей точкой |
SIGKILL | 9 | Term | POSIX | Завершение, неблокируемый |
SIGUSR1 | 10 | Term | POSIX | Сигнал 1 пользователя |
SIGSEGV | 11 | Core | ISO C | Нарушение сегмента |
SIGUSR2 | 12 | Term | POSIX | Сигнал 2 пользователя |
SIGPIPE | 13 | Term | POSIX | Нарушенный канал |
SIGALRM | 14 | Term | POSIX | Аварийные часы |
SIGTERM | 15 | Term | ISO C | Завершение |
SIGSTKFLT | 16 | Term | Linux | Ошибка стека в процессоре (не используется) |
SIGCHLD | 17 | Ignr | POSIX | Изменение статуса порожденного процесса |
SIGCLD | 17 | Ignr | System V | То же, что и SIGCHLD (для совместимости) |
SIGCONT | 18 | POSIX | Продолжить при остановке | |
SIGSTOP | 19 | Stop | POSIX | Стоп, неблокируемый |
SIGTSTP | 20 | Stop | POSIX | Стоп от клавиатуры |
SIGTTIN | 21 | Slop | POSIX | Фоновое чтение от tty |
SIGTTOU | 22 | Stop | POSIX | Фоновая запись в tty |
SIGURG | 23 | Ignr | BSD | Срочный сигнал сокета |
SIGXCPU | 24 | Core | BSD | Превышение предела процессора |
SIGXFSZ | 25 | Core | BSD | Превышение предела размера файла |
SIGVTALRM | 26 | Term | BSD | Виртуальные аварийные часы |
SIGPROF | 27 | Term | BSD | Профилирующие аварийные часы |
SIGWINCH | 28 | Ignr | BSD | Изменение размера окна |
SIGIO | 29 | Term | BSD | Возможен ввод/вывод |
SIGPOLL | 29 | Term | System V | Опрашиваемое событие, то же, что и SIGIO (для совместимости) |
SIGPWR | 30 | Term | System V | Повторный запуск из-за сбоя питания |
SIGSYS | 31 | Core | POSIX | Неверный системный вызов |
Обозначения: Core: Завершить процесс и создать снимок образа процесса Ignr: Игнорировать сигнал Stop: Остановить процесс. Term: Завершить процесс.
Более старые версии оболочки Борна (/bin/sh) непосредственно связывали с номерами сигналов ловушки (traps), которые являются обработчиками сигналов на уровне оболочки. Таким образом, всесторонне образованному Unix-программисту нужно было знать не только имена сигналов для использования в коде С, но также и соответствующие номера сигналов! POSIX требует, чтобы команда trap понимала символические имена сигналов (без префикса 'SIG'), поэтому этого больше не требуется. Однако (главным образом для лучшего разбирательства), мы предоставили эти номера в интересах полноты из-за того, что однажды вам может понадобиться иметь дело со сценарием оболочки, созданным до POSIX, или с древним кодом на С, которые непосредственно используют номера сигналов.
ЗАМЕЧАНИЕ. Для некоторых более новых сигналов, от 16 и выше, соответствующие номера сигнала и их имена на различных платформах не обязательно совпадают! Проверьте заголовочные файлы и справочные страницы на своей системе. Табл. 10.1 верна для GNU/Linux
Некоторые системы определяют также и другие сигналы, такие, как SIGEMT, SIGLOST и SIGINFO. Справочная страница GNU/Linux signal(7) предоставляет полный список; если ваша программа должна обработать сигналы, не поддерживаемые GNU/Linux, это можно сделать с помощью #ifdef:
#ifdef SIGLOST
/* ...обработать здесь SIGLOST... */
#endif
За исключением SIGSTKFLT, сигналы, перечисленные в табл. 10.1, широкодоступны и не нуждаются в заключении в #ifdef.
Сигналы SIGKILL и SIGSTOP нельзя перехватить или игнорировать (или блокировать, как описано далее в главе). Они всегда выполняют действие по умолчанию, указанное в табл. 10.1.
Чтобы увидеть список поддерживаемых сигналов, вы можете использовать 'kill -l'. На одной из наших систем GNU/Linux:
$ kill -l
1) SIGHUP 2) SIGINT 3) SIGQUIT 4) SIGILL
5) SIGTRAP 6) SIGABRT 7) SIGBUS 8) SIGFPE
9) SIGKILL 10) SIGUSR1 11) SIGSEGV 12) SIGUSR2
13) SIGPIPE 14) SIGALRM 15) SIGTERM 17) SIGCHLD
18) SIGCONT 19) SIGSTOP 20) SIGTSTP 21) SIGTTIN
22) SIGTTOU 23) SIGURG 24) SIGXCPU 25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM 27) SIGPROF 28) SIGWINCH 29) SIGIO
30) SIGPWR 31) SIGSYS 32) SIGRTMIN 33) SIGRTMIN+1
34) SIGRTMIN+2 35) SIGRTMIN+3 36) SIGRTMIN+4 37) SIGRTMIN+5
38) SIGRTMIN+6 39) SIGRTMIN+7 40) SIGRTMIN+8 41) SIGRTMIN+9
42) SIGRTMIN+10 43) SIGRTMIN+11 44) SIGRTMIN+12 45) SIGRTMIN+13
46) SIGRTMIN+14 47) SIGRTMIN+15 48) SIGRTMAX-15 49) SIGRTMAX-14
50) SIGRTMAX-13 51) SIGRTMAX-12 52) SIGRTMAX-11 53) SIGRTMAX-10
54) SIGRTMAX-9 55) SIGRTMAX-8 56) SIGRTMAX-7 57) SIGRTMAX-6
58) SIGRTMAX-5 59) SIGRTMAX-4 60) SIGRTMAX-3 61) SIGRTMAX-2
62) SIGRTMAX-1 63) SIGRTMAX
Сигналы SIGRTXXX являются сигналами реального времени, сложная тема, которую мы не будем рассматривать.
