Processos no Linux

1
Processos no Linux
2
Gerência de processo

• No Linux, as propriedades do processo caem em
  três grupos a identidade do processo, seu
  ambiente e seu contexto.
• ID do Processo (PID) - O identificador único para
  o processo, usado para especificar os processos
  para o sistema operacional quando uma aplicação
  faz uma chamada ao sistema para sinalizar,
  modificar ou esperar por outro processo.
• Credenciais - Cada processo deve ter um ID de
  usuário associado e um ou mais ID de grupos que
  determinam os direitos de acesso do processo aos
  recursos do sistema e aos arquivos.

3
Identidade do Processo

• Personalidade - Não encontrado tradicionalmente
  nos sistemas UNIX, mas no Linux cada processo tem
  um identificador de personalidade associado que
  pode modificar ligeiramente a semântica de certas
  chamadas ao sistema.
• Usado primeiramente por bibliotecas de emulação
  para requisitar que certas chamadas ao sistema
  sejam compatíveis com certos tipos específicos de
  UNIX

4
Contexto do Processo

• O (em mudança constante) estado de um processo em
  execução em qualquer ponto no tempo.
• O contexto de escalonamento é a parte mais
  importante do contexto do processo é a
  informação que o escalonador precisa para
  suspender e reiniciar o processo.
• O kernel mantém informação de contabilidade sobre
  os recursos correntemente sendo consumidos por
  cada processo e o total de recursos consumido
  pelo processo em sua existência até o momento.
• A tabela de arquivos é um arranjo de ponteiros
  para estruturas de arquivo do kernel
• Quando fazendo chamadas ao sistema de E/S para
  arquivos, os processos se referem aos arquivos
  através dos indices desta tabela

5
Contexto do Processo (Cont.)

• Enquanto que a tabela de arquivos lista apenas os
  arquivos abertos existentes, o contexto do
  sistema de arquivos se aplica às requisições para
  novos arquivos abertos
• A diretório raíz corrente e o diretório default
  para serem usados para novas buscas por arquivos
  são armazenados aqui
• A tabela de tratadores de sinal define a rotina
  no espaço de endereços do processo a ser invocada
  quando da chegada de um sinal específico.
• O contexto de memória virtual de um processo
  descreve o conteúdo completo de seu espaço de
  endereçamento privado.

6
Processos e Threads

• Linux usa a mesma representação interna para
  processos e threads uma thread é simplesmente um
  novo processo que compartilha o espaço de
  endereçamento com seu pai.
• A distinção é feita apenas quando uma nova thread
  é criada pela chamada ao sistema clone
• Fork cria um novo processo com seu contexto
  próprio inteiramente novo
• clone cria um novo processo com sua própria
  identidade, mas permite o compartilhamento das
  estruturas de dados do processo com seu pai
• O uso de clone dá a uma aplicação um controle
  mais fino sobre o que vai exatamente ser
  compartilhado entre as duas threads.

7
Descritor de Processo

• Processo programa em movimento, dinâmico
• Estruturas de dados do kernel para manter o
  estado
• Descritor, PCB (control block), task_struct
• Maior do que se possa imaginar (cerca de 1K)
• Estrutura complexa com apontadores para outras
  estruturas
• Tipo de informação em task_struct
• Registradores, estado, id, prioridades, locks,
  arquivos, sinais, mapas de meórias, filas, listas
  de apontadores,
• Alguns detalhes
• Endereços dos primeiros campos codificada em
  assembler
• Atenção especial para o layout de linha do cache

8
Descritor de processos localização na pilha de
processos
0x015fbfff
PILHA
0x015fb000
0x015fa878
esp
0x015fa3cb
Descritor do processo
0x015fa000
corrente
9
Task struct atributos do processo
10
Task struct escalonamento
11
Task struct relação entre processos
12
Task struct credenciais
13
Task struct arquivos e memória
14
Estados do Processo

• Visão tradicional
• Bloqueado, pronto, executando
• Também inicializando, terminando
• UNIX adiciona suspenso (signals, ptrace())
• Linux (TASK_qualquercoisa)
• Executando, pronto(RUNNING)
• Bloqueado (INTERRUPTIBLE, UNINTERRUPTIBLE)
• Interruptíveis sinais pode tirar o processo do
  estado de bloqueio (EINTR)
• Terminando (ZOMBIE)
• Morto, mas ainda com estruturas de dados
  processo vivo-morto
• Suspenso (STOPPED)

15
Estados de processos no linux
16
Alocação e armazenamento do descritor

• Descritores armazenados no segmento de dados do
  kernel
• Cada processo ganha 2 páginas da pilha do kernel
  (8K) usada enquanto no kernel (segurança)
• task_struct armazenado aqui restante para pilha

17
Listas e hashes do Descritor

• Lista de processos
• init_task, prev_task, next_task
• for_each_task(p) iterator (macro)
• Processos prontos runqueue
• init_task, prev_run, next_run, nr_running
• wake_up_process()
• Invoca schedule() se preempção for necessária
• Pid para descritor hash pidhash
• hash_pid(), unhash_pid()
• find_hash_by_pid()

18
Estrutura da tabela PIDHASH
19
Relações do Processo

• Processos são relacionados
• Pai/filho (fork()), irmãos
• Possibilidade para outro pai
• Pai vs. pai original
• Pai pode esperar pela terminação do filho
• Grupos de processos
• Possível para envio de sinais para todos os
  membros
• Sessões
• Processos relacionados no login

20
Relação entre processos

• P_opptr pai original
• P_osptr irmão mais velho
• P_pptr pai
• P_ysptr irmão mais novo
• P_cptr filho mais novo

21
Criação de Processos

• clone(), fork(), vfork()
• Fork duplica a maior parte dos recursos do pai
• Exec põe abaixo o espaço de endereçamento do pai
  e instala um novo (correspondendo a imagem do
  processo no disco)
• A maioria dos fork são parte de uma sequencia
  fork-exec
• Desperdício a cópia de recursos quando vai haver
  sobreescrita
• Solução velha vfork
• Compartilhamento pai/filho pai bloqueia até
  filho terminar
• Nova solução COW copy-on-write
• Compartilha página de escrita como de leitura
  somente até uma escrita (falta) e então copia
• Solução Linux clone()
• Especifica quais recursos compartilhar ou
  duplicar
• CLONE_VM, _FS, _FILES, _SIGHAND, _PID

22
Linux Processes ou Threads?

• Linux usa um termo neutro tasks ou tarefas
• Visão tradicional
• Threads existem dentro dos processoes
• Visão do Linux
• Threads processos que compartilham espaço de
  endereços
• Threads do Linux são realmente as threads do
  kernel

23
Modelos de Thread

• Muitas para um
• Threads no nível de usuário sem conhecimento por
  parte do kernel (fibras do Windows)
• Uma para um
• Modelo padrão do Linux cada thread em nível de
  usuário corresponde a uma thread de núcleo
• Muitas para muitas (m-to-n m gt n)
• Solaris, Próxima geração de threads POSIX (Light
  weighted process)
• Grande número de threads de usuário
  correspondendo a um pequeno número de threads de
  kernel
• Mais flexível, melhor utilização da UCP

24
clone()

• fork() é implementada como um envoltório sobre
  clone() com parâmetros específicos
• __clone(fp, data, flags, stack)
• "__" significa não invoque isto diretamente"
• fp é a função de início de thread, data são
  parâmetros
• flags é ou de CLONE_ flags
• stack é o endereço da pilha de usuário
• clone() invoca do_fork() para fazer o trabalho

25
Flags para a chamada CLONE do Linux
26
Threads de Kernel

• Linux têm um pequeno número de threads do kernel
  que executam continuamente em modo núcleo
  (daemons)
• Sem espaço de endereço de usuário (apenas mapeada
  no kernel)
• Criação kernel_thread()
• Processo 0 processo ocioso (idle)
• Processo 1
• Cria várias threads de kernel antes de mudar para
  modo usuário como /sbin/init
• kflushd (bdflush) Descarrega buffers velhos
  para o disco sob pressão de falta de memória
• kupdate Descarrega periodicamente buffers
  velhos para o disco
• kswapd Daemon de troca