5.1. Системные вызовы fork() и ехес()

5.1. Системные вызовы fork() и ехес()

Процесс в Linux (как и в UNIX) — это программа, которая выполняется в отдельном виртуальном адресном пространстве. Когда пользователь регистрируется в системе, под него автоматически создается процесс, в котором выполняется оболочка (shell), например, /bin/bash.

В Linux поддерживается классическая схема мультипрограммирования. При этом Linux поддерживает параллельное (или квазипараллельное при наличии только одного процессора) выполнение процессов пользователя. Каждый процесс выполняется в собственном виртуальном адресном пространстве, т.е. процессы защищены друг от друга и крах одного процесса никак не повлияет на другие выполняющиеся процессы и на всю систему в целом. Один процесс не может прочитать что-либо из памяти другого процесса (или записать в нее) без «разрешения» на то другого процесса. Санкционированные взаимодействия между процессами допускаются системой.

Ядро предоставляет системные вызовы для создания новых процессов и для управления порожденными процессами. Любая программа может начать выполняться, только если другой процесс ее запустит или произойдет какое-то прерывание (например, прерывание внешнего устройства).

В связи с развитием SMP (Symmetric Multiprocessor Architectures) в ядро Linux был внедрен механизм нитей или потоков управления (threads). Нитями также называют «легковесные» процессы. Другими словами, нить — это процесс, выполняемый в виртуальной памяти, которая используется вместе с другими нитями одного и того же «тяжеловесного» процесса. Такой «тяжеловесный процесс» обладает отдельной виртуальной памятью и может иметь несколько «легковесных» процессов.

Потоки (или нити) позволяют решать в рамках одной программы одновременно несколько задач.

Операционная система предоставляет программе некоторый интервал процессорного времени. Когда программа переходит в режим ожидания какого-либо события (например, сигнала) или освобождает процессор, операционная система передает управление другой программе. Распределяя время центрального процессора, операционная система распределяет его не между программами, а между потоками. Исходя из всего этого, потоки — это наборы команд, имеющие возможность получать время процессора. Время процессора выделяется квантами. Квант — это минимальное время, на протяжении которого поток (нить) может использовать процессор.

Когда вы вводите команду, интерпретатор производит поиск указанной программы в каталогах, которые перечислены при определении переменной окружения PATH. При этом будет выполнена первая найденная программа с указанным именем.

Если интерпретатору (shell) встречается команда, соответствующая выполняемому файлу, интерпретатор выполняет ее, начиная с точки входа (entry point). Для С-программ entry point — это функция main. Точка входа для каждой среды разработки различна. Запущенная программа тоже может создать процесс, т.е. запустить какую-то программу и ее выполнение тоже начнется с функции main. Затем с помощью системного вызова fork() создается адресное пространство — подготавливается «место» для нового процесса, а потом с помощью вызова ехес() в это адресное пространство загружается программа. Таким образом, каждый новый процесс выполняется в своей индивидуальной среде.

Для создания процессов используется системный вызов: fork(). Вызов fork() создает новое адресное пространство, которое полностью идентично адресному пространству основного процесса. Другими словами, вызов fork() создает новый процесс. После выполнения этого системного вызова вы получаете два абсолютно одинаковых процесса — основной и порожденный. Функция fork() возвращает 0 в порожденном процессе и PID (Process ID — идентификатор порожденного процесса) — в основном. PID — это целое число.

Теперь, когда процесс создан, можно запустить в нем программу с помощью вызова exec. Параметрами функции exec являются имя выполняемого файла и, если нужно, параметры, которые будут переданы этой программе. В адресное пространство порожденного с помощью fork() процесса будет загружена новая программа и ее выполнение начнется с точки входа (адрес функции main).

В качестве примера рассмотрим следующий фрагмент программы:

if (fork() == 0) wait(0);

else execl("ls", "ls", 0); /* порожденный процесс */

Теперь рассмотрим более подробно, что же делается при выполнении вызова fork():

1. Выделяется память для описателя нового процесса в таблице процессов.

2. Назначается идентификатор процесса PID.

3. Создается логическая копия процесса, который выполняет fork() — полное копирование содержимого виртуальной памяти родительского процесса, копирование составляющих ядерного статического и динамического контекстов процесса-предка.

4. Увеличиваются счетчики открытия файлов (порожденный процесс наследует все открытые файлы родительского процесса).

5. Возвращается PID в точку возврата из системного вызова в родительском процессе и 0 — в процессе-потомке.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

Системные вызовы

Из книги Энциклопедия разработчика модулей ядра Linux автора Померанц Ори


9.2. Системные вызовы

Из книги Разработка приложений в среде Linux. Второе издание автора Джонсон Майкл К.

9.2. Системные вызовы В этой книге практически повсеместно упоминаются системные вызовы, которые являются фундаментальными для программного окружения. На первый взгляд, они выглядят как обычные вызовы функций С. И это не случайно; они представляют собой специальную


12.1.4. Сигналы и системные вызовы

Из книги Linux программирование в примерах автора Роббинс Арнольд

12.1.4. Сигналы и системные вызовы Часто сигналы доставляются процессу, который находится состоянии ожидания наступления некоторого внешнего события. Например, текстовый редактор часто ожидает завершения read(), чтобы возвратить ввод терминала. Когда системный


3.2.3. Системные вызовы: brk() и sbrk()

Из книги Программирование для Linux. Профессиональный подход автора Митчелл Марк

3.2.3. Системные вызовы: brk() и sbrk() Четыре функции, которые мы рассмотрели (malloc(), calloc(), realloc() и free()) являются стандартными, переносимыми функциями для управления динамической памятью.На Unix-системах стандартные функции реализованы поверх двух дополнительных, очень примитивных


10.4.4. Системные вызовы, допускающие повторный запуск

Из книги Операционная система UNIX автора Робачевский Андрей М.

10.4.4. Системные вызовы, допускающие повторный запуск Значение EINTR для errno (см. раздел 4.3 «Определение ошибок») указывает, что системный вызов был прерван. Хотя с этим значением ошибки может завершаться большое количество системных вызовов, двумя наиболее значительными


3.4.2. Системные вызовы wait()

Из книги UNIX — универсальная среда программирования автора Пайк Роб

3.4.2. Системные вызовы wait() Самая простая функция в семействе называется wait(). Она блокирует вызывающий процесс до тех пор, пока один из его дочерних процессов не завершится (или не произойдет ошибка). Код состояния потомка возвращается через аргумент, являющийся указателем


5.5.2. Системные вызовы

Из книги автора

5.5.2. Системные вызовы Сокеты являются более гибкими в управлении, чем рассмотренные выше механизмы межзадачного взаимодействия. При работе с сокетами используются следующие функции:? socket() — создает сокет;? close() — уничтожает сокет;? connect() — устанавливает соединение


Глава 8 Системные вызовы Linux

Из книги автора

Глава 8 Системные вызовы Linux Мы уже познакомились с большим количеством функций, реализующих различные системные задачи, например анализ командной строки, манипулирование процессами и отображение файлов в памяти. Если присмотреться повнимательнее, то окажется, что все


Системные вызовы и функции стандартных библиотек

Из книги автора

Системные вызовы и функции стандартных библиотек Все версии UNIX предоставляют строго определенный ограниченный набор входов в ядро операционной системы, через которые прикладные задачи имеют возможность воспользоваться базовыми услугами, предоставляемыми UNIX. Эти


Системные вызовы для управления планировщиком

Из книги автора

Системные вызовы для управления планировщиком Операционная система Linux предоставляет семейство системных вызовов для управления параметрами планировщика. Эти системные вызовы позволяют манипулировать приоритетом процесса, стратегией планирования и процессорной


Системные вызовы, связанные с управлением стратегией и приоритетом

Из книги автора

Системные вызовы, связанные с управлением стратегией и приоритетом Системные вызовы sched_setscheduler() и sched_getcheduler() позволяют соответственно установить и получить значение стратегии планирования и приоритета реального времени для указанного процесса. Реализация этих


Системные вызовы управления процессорной привязкой

Из книги автора

Системные вызовы управления процессорной привязкой Планировщик ОС Linux может обеспечивать жесткую процессорную привязку (processor affinity). Хотя планировщик пытается обеспечивать мягкую или естественную привязку путем удержания процессов на одном и том же процессоре, он


Глава 5 Системные вызовы

Из книги автора

Глава 5 Системные вызовы Ядро операционной системы предоставляет набор интерфейсов, благодаря которым процессы, работающие в пространстве пользователя, могут взаимодействовать с системой. Эти интерфейсы предоставляют пользовательским программам доступ к аппаратному


Почему не нужно создавать системные вызовы

Из книги автора

Почему не нужно создавать системные вызовы Новый системный вызов легко реализовать, тем не менее это необходимо делать только тогда, когда ничего другого не остается. Часто, для того чтобы обеспечить новый системный вызов, существуют более подходящие варианты. Давайте


Глава 7 Системные вызовы в UNIX

Из книги автора

Глава 7 Системные вызовы в UNIX В настоящей главе мы рассмотрим самый низкий уровень взаимодействия с операционной системой UNIX системные вызовы. Они являются входами в ядро. Эти средства предоставляются операционной системой; все остальные средства построены на их