Linux Process Management

Linux Process Management Giới thiệu  Tiến trình (process) là một chương trình đơn chạy trên không gian địa chỉ ảo của nó. Cần phân biệt tiến trình với lệnh vì một dòng lệnh trên shell có thể sinh ra nhiều tiến trình.  Ví dụ: dòng lệnh sau  netstat –n | grep 8080 | more  sẽ sinh ra 3 tiến trình khác nhau.  Kiểm soát tiến trình là khả năng giao tiếp liên tiến trình được xử lý bởi Kernel Các loại tiến trình chính  Tiến trình với đối thoại (Interactive processes) : là tiến trình khởi động và quản lý bởi shell, kể cả tiến trình foreground hoặc background.  Tiến trình batch (Batch processes) : Tiến trình không gắn liền đến bàn điều khiển (terminal) và được nằm trong hàng đợi để lần lượt thực hiện.  Tiến trình ẩn trên bộ nhớ - Daemon processes Daemon processes  Là các tiến trình chạy dưới background. Đa số các server cho các dịch vụ chạy theo phương thức này. Đây là các chương trình sau khi được gọi lên bộ nhớ, đợi thụ động các yêu cầu từ các client để trả lời sau các port xác định. Hầu hết các dịch vụ Internet như mail, Web, DNS … chạy theo nguyên tắc này. Các chương trình được gọi là các chương trình daemon và tên của nó thường kết thúc bằng ký tự “d” như named, inetd … Ký tự “d” cuối được phát âm rời ra như “đê “ trong Tiếng Việt. Kiểm tra tiến trình  Cách đơn giản nhất để kiểm tra hệ thống tiến trình đang chạy là sử dụng lệnh ps (process status). Lệnh ps có nhiều tùy chọn (option) và phụ thuộc một cách mặc định vào người login vào hệ thống.  $ ps  PID TTY STAT TIME COMMAND  41 v01 S 0:00 -bash  134 v01 R 0:00 ps Các lệnh liên quan đến process  kill - Kill một tiến trình số PID  killall - Gửi tín hiệu đến một tiến trình bằng tên  nice - Thiết lập độ ưu tiên của 1 tiến trình mới  pstree - Hiển thị cây các tiến trình đang chạy.  renice – thay đổi thứ tự ưu tiên của tiến trình đang chạy.  skill – Thông báo trạng thái của tiến trình  snice - Thông báo trạng thái của tiến trình  top - Hiển thị tải của hệ thống Lệnh ps  Để hiển thị tất cả các process, ta có thể sử dụng lệnh ps –a.  Một user thường có thể thấy tất cả các tiến trình, nhưng chỉ có thể điều khiển được các tiến trình của mình tạo ra.  Chỉ có superuser mới có quyền điều khiển tất cả các tiến trình của hệ thống Linux  Lệnh ps –ax cho phép hiển thị tất cả các tiến trình  Ta có thể xem các tiến trình đang chạy cùng với dòng lệnh đầy đủ để khởi động tiến trình này bằng lệnh ps –axl. Dừng một tiến trình- kill  Trong nhiều trường hợp, một tiến trình có thể bị treo, một chương trình server cần nhận cấu hình mới, card mạng cần thay đổi địa chỉ IP …, khi đó chúng ta phải dừng tiến trình.  Linux có lệnh kill để thực hiện các công tác này. Trước tiên bạn cần phải biết PID của tiến trình cần dừng thông qua lệnh ps.  Chỉ có super-user mới có quyền dừng tất cả các tiến trình, còn người sử dụng chỉ được dừng các tiến trình của mình. Lệnh kill  kill -signal PID_của_ tiến_trình  Tham số -signal là gửi tín hiệu dừng đến chương trình. Tùy theo mục đích ta có thể gửi tín hiệu dừng khác nhau đến tiến trình.  Một tiến trình có thể sinh ra các tiến trình con trong quá trình hoạt động của mình. Nếu dừng tiến trình cha, các tiến trình con cũng sẽ dừng theo, nhưng không tức thì. Vì vậy phải đợi một khoảng thời gian và sau đó kiểm tra lại xem tất cả các tiến trình con có dừng đúng hay không. Dừng nhiều tiến trình - killall  Lệnh killall dùng để dừng nhiều tiến trình bằng tên của tiến trình đó.  Cách dùng :  killall –SIGNAL tên_tiến_trình_cần_kill  Ví dụ: killall -9 vi ; lệnh này sẽ kill hết tất cả các tiến trình vi đang chạy trong hệ thống Các tín hiệu - Signal  SIGHUP 1 Hangup (POSIX)  SIGINT 2 Terminal interrupt (ANSI)  SIGQUIT 3 Terminal quit (POSIX)  SIGILL 4 Illegal instruction (ANSI)  SIGTRAP 5 Trace trap (POSIX)  SIGIOT 6 IOT Trap (4.2 BSD)  SIGBUS 7 BUS error (4.2 BSD)  SIGFPE 8 Floating point exception (ANSI) Signals (tiếp theo)  SIGKILL 9 Kill(can't be caught or ignored) (POSIX)  SIGUSR1 10 User defined signal 1 (POSIX)  SIGSEGV 11 Invalid memory segment access (ANSI)  SIGUSR2 12 User defined signal 2 (POSIX)  SIGPIPE 13 Write on a pipe with no reader, Broken pipe (POSIX)  SIGALRM 14 Alarm clock (POSIX)  SIGTERM 15 Termination (ANSI)  SIGSTKFLT 16 Stack fault Signals (tiếp theo)  SIGCHLD 17 Child process has stopped or exited, changed (POSIX)  SIGCONT 18 Continue executing, if stopped (POSIX)  SIGSTOP 19 Stop executing(can't be caught or ignored) (POSIX)  SIGTSTP 20 Terminal stop signal (POSIX)  SIGTTIN 21 Background process trying to read, from TTY (POSIX)  SIGTTOU 22 Background process trying to write, to TTY (POSIX)  SIGURG 23 Urgent condition on socket (BSD) Signals (tiếp theo)  SIGXCPU 24 CPU limit exceeded (4.2 BSD)  SIGXFSZ 25 File size limit exceeded (4.2 BSD)  SIGVTALRM 26 Virtual alarm clock (4.2 BSD)  SIGPROF 27 Profiling alarm clock (4.2 BSD)  SIGWINCH 28 Window size change (4.3 BSD, Sun)  SIGIO 29 I/O now possible (4.2 BSD)  SIGPWR 30 Power failure restart (System V) nice Thiết lập độ ưu tiên của 1 tiến trình mới  nice [OPTION] [COMMAND [ARG]...]  COMMAND  -n, --adjustment=ADJUST increment priority by ADJUST first  --help display this help and exit  --version: output version information and exit  Ví dụ:  [root@alibaba root]# nice -19 /home/natuan/server2  ADJUST mặc định là 10. Khoảng thay đổi từ -20 (trật tự cao nhất) đến 19 (thấp nhất). pstree Hiển thị cây các tiến trình đang chạy. renice Thay đổi thứ tự ưu tiên của tiến trình đang chạy.  renice priority [ [ -p ] pids ] [ [ -g ] pgrps ] [ [ -u ] users ] skill Thông báo trạng thái của tiến trình  skill [signal to send] [options] process selection criteria  Ví dụ: skill -KILL -v pts/*  skill –l : liệt kê các tín hiệu kill  Các tín hiệu thường dùng là HUP, INT, KILL, STOP, CONT  Các tín hiệu có thể dùng tương đương nhau theo 3 cách -SIGKILL -KILL -9 ( 3 tín hiệu này đều là 1) snice  - Thông báo trạng thái của tiến trình Tương tự như skill Lệnh top  Hiển thị sự hoạt động của các tiến trình, đặc biệt là các thông tin về tài nguyên hệ thống cũng như việc sử dụng tài nguyên đó của từng tiến trình. 11:09am up 46 days, 17:44, 2 users, load average: 0.08, 0.03, 0.01 63 processes: 61 sleeping, 2 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 0.1% user, 0.0% system, 0.0% nice, 99.8% idle Mem: 126644K av, 121568K used, 5076K free, 0K shrd, 25404K buff Swap: 136544K av, 9836K used, 126708K free 36040K cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 27568 tuanna 11 0 1052 1052 836 R 0.1 0.8 0:00 top 1 root 0 0 124 72 68 S 0.0 0.0 0:25 init 2 root 8 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kevent Lệnh top  Số % máy rảnh (idle) in đậm trên là rất quan trọng. Một máy rảnh dưới 50% là một máy quá tải và cần được xem xét. Lệnh top còn cho phép theo dõi xem có tiến trình nào chiếm dụng quá nhiều thời gian CPU cũng như truy cập đĩa không.  Ngoài ra, một số lệnh khác như vmstat. mpstat, sar, iostat ... cũng cho phép xem xét với các mục đích khác nhau hoạt động của máy chủ. Background & foregound  Ta có thể đưa tiến trình vào hoạt động ở background của hệ thống bằng lệnh bg hoặc Ctrl-Z hoặc thêm dấu “&” sau dòng lệnh  Ví dụ: ./vi hello.txt  Để gọi tiến trình trong Background ra ta dùng lệnh fg  Trong trường hợp có nhiều tiến trình đang ở trong background ta dùng lệnh jobs để liệt kê và gọi lên bằng cách dùng fg kèm theo thứ tự của process đó trong jobs queue Ví dụ: fg, bg, jobs  [root@alibaba root]# jobs  [1]+ Stopped vim abc  [2] Stopped vim def  [3]- Stopped vim ghi  [root@alibaba root]# fg 2  Tiến trình có dấu + là đang ở top  Tiến trình có dấu - là đang ở bottom Định thời (Process Scheduling)  Thời gian máy tính trong Linux được đặt trong các jiffies. jiffie là một bộ vi xử lý thời gian. Trong hầu hết các hệ Linux là 1/100 giây. Một vài hệ thống khác là 1/1024 giây. Linux kernel kiểm soát việc định thời tiến trình. Có 3 cách sau:  normal – dùng cho các chương trình bình thường  FIFO - Trật tự định thì real time. FIFO có nghĩa là tiến trình nào vào trước(first in) sẽ được làm xong trước (first out).  RR – Đây là phương pháp xoay vòng (round robin), mỗi tác vụ được phục vụ trong 1 khoảng thời gian sau đó CPU chuyển sang phục vụ tiến trình khác sau đó quay trở lại task queue để tiếp tục. Đây là thứ tự ưu tiên định thời real time Tính chất của tiến trình  policy - normal hay real time. Real time processes có thứ tự ưu tiên cao hơn normal processes.  priority - Thứ tự ưu tiên của tiến trình. Nó là 1 con số giữa between -20 và 19. Giá trị -20 là cao nhất , 19 là thấp nhất. Thứ tự ưu tiên của tiến trình có thể được set với lệnh nice và thay đổi bởi renice Trạng thái của tiến trình  running: tiến trình đang chiếm quyền xử lý CPU, đang tính toán  waiting: tiến trình đang chờ CPU phục vụ ( CPU chuyển sang phục vụ các tiến trình khác)  susspend: OS tạm từng tiến trình  sleep(). Khi cần thì OS sẽ đánh thức (wake up) hay nạp lại mã lệnh vào memory, cấp phát tài nguyên và CPU để process tiếp tục chạy Inter-Process Communication  Signals - Gửi bởi 1 các tiến trình khác hay kernel vào 1 tiến trình cụ thể nào để thay đổi trạng thái hoạt động  Pipes – Dùng để dẫn các output của 1 tiến trình vào thành input của tiến trình khác  FIFOS - first data in, first data out.  Message queues – hàng đợi message là cơ chế thiết lập để cho phép 1 hay nhiều processes có thể ghi messages mà có thể được đọc bởi 1 hay nhiều tiến trình khác Inter-Process Communication  Semaphores - Counters được dùng để kiểm soát việc truy cập vào các tài nguyên chia sẻ. Các counter này được dùng như là 1 cơ chế khoá để ngăn ngừa không nhiều hơn 1 process truy cập vào tài nguyên trong 1 lần  Bộ nhớ dùng chung – Ánh xạ của vùng bộ nhớ được chia sẻ cho nhiều tiến trình  Message queues, semaphores, và shared memory có thể được truy cập bởi processes nếu chúng có quyền truy cập vào tài nguyên được thiết lập bởi object's creator. Process phải truyền 1 danh hiệu identifier vào kernel để có thể được cho phéo truy cập Tạo tiến trình  Dùng system()  Dùng fork()  Dùng exec() Dùng system()  #include  #include  int main()  {  printf("Running ps with system\n");  system("ps -ax");  printf("Done.\n");  exit(0);  } Dùng exec()  #include  #include  int main()  {  printf("Running ps with execlp\n");  execlp("ps", "ps", "-ax", 0);  printf("Done – You never see this line.\n");  exit(0);  } Dùng fork()  Thay thế tiến trình đôi khi rất bất lợi. Khi gọi exec() ta không còn có thể kiểm soát được tiến trình hiện hành của mình nữa.  UNIX-Linux dùng fork() để nhân bản tiến trình Khởi tạo tiến trình chính Gọi fork() Mã lệnh kế của process ban đầu (Parent) Mã lệnh thực thi tiến trình mới Child process Trả về PID của tiến trình con Trả về trị 0 fork_demo.c #include #include #include int main() { pid_t pid; char *message; int n; printf("fork program starting\n"); pid = fork(); switch(pid) { case -1: perror(“Can not call folk”); exit(1); case 0: message = "This is the child\n"; n=0; for(; n < 5; n++) { printf (“%s”, message); sleep(1); } break; default: message = "This is the parent"; n=0; for(; n < 3; n++) { printf (“%s”, message); sleep(1); } break; } exit(0); } Chạy thử fork_demo.c  Compile fork_demo.c: gcc –o fork_demo fork_demo.c  [root@alibaba 10]# ./fork_demo ; ps -ef  fork program starting  This is the child  This is the child  This is the child  root 16585 16440 0 08:44 pts/0 00:00:00 ./fork_demo  This is the child  [7] Done ./fork_demo Kiểm soát và đợi tiến trình con  Khi gọi fork() chương trình sẽ sinh ra tiến trình con và 2 tiến trình này hoạt động độc lập  Đôi lúc tiến trình cha cần tiến trình con kết thúc rồi mới chạy tiếp.  trong ví dụ trên, khi tiến trình cha đã kết thúc mà tiến trình con vẫn còn chạy (tiếp tục in ra màn hình “This is the child”).Để tránh tình trạng này ta sử dụng hàm wait()  #include  #include  pid_t wait(int &stat_loc); wait_child.c #include #include #include int main(){ pid_t child_pid; int child_status; int n; child_pid = fork(); switch (child_pid) { case -1: perror("fork fail "); exit(1); case 0: printf("hello world from child \n"); n=0; for(; n < 3; n++) { printf (“This is the child”); sleep(1); } exit(0); default: printf("We are in parent. Wait for child finish \n"); wait(&child_status); printf("Parent - Child finished \n"); } return 0; }