Quản lý tiến trình trên Linux

Tiến trình là một môi trường thực hiện, bao gồm một phân đoạn lệnh và một phân đoạn dữ liệu. Cần phân biệt với khái niệm chương trình chỉ gồm tập hợp lệnh.

Trên hệ điều hành Linux, tiến trình được nhận biết thông qua số hiệu của tiến trình, gọi là pid. Cũng như đối với user, nó có thể nằm trong nhóm. Vì thế để phân biệt ta nhận biết qua số hiệu nhóm gọi là pgrp. Một số hàm của C cho phép lấy được những thông số này:

int getpid() : trả về giá trị int là pid của tiến trình hiện tại

int getppid() : trả về giá trị int là pid của tiến trình cha của tiến trình hiện tại

int getpgrp() : trả về giá trị int là số hiệu của nhóm tiến trình

int setpgrp() : trả về giá trị int là số hiệu nhóm tiến trình mới tạo ra

Ví dụ:

Lệnh : printf("Toi la tien trinh %d thuoc nhom %d",getpid(),getgrp());

Kết quả sẽ là: Toi là tien trinh 235 thuoc nhom 231

Tạo một tiến trình - lệnh fork

int fork() tạo ra một tiến trình con. Giá trị trả lại là 0 cho tiến trình con và dấu hiệu pid cho tiến trình cha. Giá trị sẽ là -1 nếu không tạo được tiến trình mới. Theo nguyên tắc cơ bản của hệ thống, tiến trình con và cha sẽ có cùng đoạn mã. Đoạn dữ liệu của tiến trình mới là một bản sao chép chính xác đoạn dữ liệu của tiến trình cha. Tuy nhiên tiến trình con vẫn khác tiến trình cha ở pid, thời gian xử lý, ...

Dừng một tiến trình

Lệnh kill của Shell có thể dùng để chấm dứt hoạt động của một tiến trình. ví dụ

như khi muốn dừng tiến trình 234 ta dùng lệnh: kill 234

C cũng có lệnh kill như sau:

int kill(pid, sig);

int pid; là dấu hiệu nhận biết của một tiến trình.

int sig; hằng tín hiệu giao tiếp tiến trình.

Giao tiếp giữa các tiến trình

Việc giao tiếp giữa các tiến trình được thực hiện thông qua các tín hiệu chuẩn của hệ thống. Tín hiệu là một sự ngắt quãng logic được gửi đến các tiến trình bởi hệ thống để thông báo cho chúng về những sự việc không bình thường trong môi trường hoạt động của chúng (như lỗi bộ nhớ, lỗi vào ra). Nó cũng cho phép các tiến trình liên lạc với nhau. Một tín hiệu (trừ SIGKILL) có thể được xem xét theo ba cách khác nhau:

1. Tiến trình có thể được bỏ qua: Ví dụ chương trình có thể bỏ qua sự ngắt quãng của người sử dụng hệ thống (đó là sự bỏ qua khi một tiến trình đang được sử dụng ở phần nền.

2. Tiến trình có thể được thực hiện: Trong trường hợp này, khi nhận được 1 tín hiệu, việc thực hiện 1 tiến trình được chuyển về một quy trình do người sử dụng xác định trước, sau đó trở lại nơi nó bị ngắt.

3. Lỗi có thể được tiến trình trả về sau khi nhận được tín hiệu này.Dưới đây là một số tín hiệu thường gặp:

SIGHUP

Tín hiệu này được phát đến các tiến trình vào lúc cuối khi mà nó tự ngắt.

Nó cũng được phát đến mọi tiến trình có tiến trình chính tự ngắt.

SIGINT Tín hiệu này được phát đến các tiến trình khi ta ra lệnh ngắt.

SIGQUIT Tương tự như trên khi ta gõ vào ^D.

SIGILL

Lệnh không hợp lệ, tín hiệu được phát ra khi phát hiện 1 lệnh không đúng

ở cấp độ vật lý (ví dụ như 1 tiến trình thực hiện một lệnh mà máy tính

chông có lệnh này).

SIGTRAP

Tín hiệu được phát ra sau mỗi lệnh trong trường hợp tiến trình có sử dụng lệnh ptrace().

SIGIOT Bẫy được phát khi có các vấn đề về vật lý.

SIGEMT Bẫy của lệnh phát, được phát ra khi có lỗi vật lý trong khi thực hiện.

SIGFPE

Được phát ra khi có lỗi về tính toán như một số có dấu phẩy nối có định dạng không hợp lý. Gần như luôn chỉ ra lỗi khi lập trình.

SIGKILL Trang bị để kết thúc tiến trình. Không thể bỏ qua hoặc cắt tín hiệu này.

SIGBUS Được phát khi gặp lỗi trên bus.

SYSGEGV

Được phát ra khi gặp lỗi trên phân đoạn sự truy cập dữ liệu bên ngoài phân đoạn dữ liệu được cấp phát cho tiến trình.

SIGSYS Đối số không đúng cho hệ thống gọi.

SIGPIPE Viết trên một ống dẫn không mở để đọc.

SIGALRM

Phát ra khi đồng hồ của một tiến trình ngừng lại. Đồng hồ được hoạt động bằng lệnh alrm().

SIGTERM

Được phát ra khi một tiến trình kết thúc bình thường. Cũng có thể dùng để dừng 1 hệ thống để kết thúc tất cả các tiến trình hoạt động.

Liên lạc giữa hai tiến trình

Từ một chương trình đơn giản dưới đây sử dụng các lệnh phát và nhận tín hiệu, sau đó giúp liên lạc giữa hai tiến trình.

Nội dung của ví dụ là sự liên lạc giữa một tiến trình cha và một tiến trình con thông qua các tín hiệu đã được trình bày phần trước.

#include

#include

void fils_atc()

{

printf(" Tien trinh bi loai bo !!!\n");

kill(getpid(), SIGINT);

}

/***********************************/

void fils()

{

signal(SIGUSR1, fils_atc);

printf(" Hinh thanh tien trinh moi. Nhung chuan bi loai bo tien trinh nay !!\n");

while(1);

}

/******************************/

main()

{

int ppid, pid;

if ((pid = fork())==0) fils();

else

{

sleep(3);

printf(" Chap nhan !! Tien trinh se bi loai bo.\n");

kill(pid, SIGUSR1);

}

}

Trong ví dụ trên, tiến trình con có sử dụng hàm signal(SIGUSR1, fils_atc). Hàm này có tác dụng mỗi khi tiến trình con nhận được tín hiệu SIGUSR1 thì hàm fils_atc() sẽ được thực thi.

Như vậy ở ví dụ trên một tiến trình con đã được tạo ra nhưng nó lại không muốn tiếp tục tồn tại. Do vậy sau khi tạm dừng lại sleep(3), tiến trình cha đã gởi đến cho tiến trình con một tín hiệu là SIGUSR1 bằng lệnh:

kill(pid, SIGUSR1);

Ở tiến trình con, tín hiệu SIGUSR1 đã được gán với hàm fils_atc(). Hàm này ra một thông báo báo hiệu tiến trình này sắp chết rồi tự gởi đến chính mình (tiến trình con) tín hiệu SIGINT, tín hiệu ngắt tiến trình. Và tiến trình con đã chết.

kill(getpid(), SIGINT);

Một số nhược điểm khi liên lạc trực tiếp bằng tín hiệu:

- Một tín hiệu có thể bị bỏ qua, kết thúc một tiến trình hoặc bị chặn lại. Đó là lý do chính đưa ra các tín hiệu không thích ứng được để tiến hành liên lạc giữa các tiến trình. Một thông điệp điệp dưới hình thức tín hiệu có thể sẽ bị mất nếu nó được nhận lúc loại tín hiệu này tạm thời bị bỏ qua.

- Một vấn đề khác là các tín hiệu có quyền rất lớn, khi đến chúng làm ngắt quãng công việc hiện tại. Ví dụ việc nhận một tín hiệu trong khi tiến trình đang đợi một sự kiện (mà có thể đến khi sử dụng các lệnh open(), read(), ...) làm cho việc thực thi hàm bị chệch hướng. Khi trở lại, lệnh chính bị ngắt gởi lại một thông điệp báo lỗi mà hoàn toàn không xử lý được.

Ngoài việc liên lạc trực tiếp như ở ví dụ trên, còn cho phép một phương pháp liên lạc giữa các tiến trình khác, đó là liên lạc qua "đường ống".

Lập trình đa tiến trình

Ống dẫn liên lạc

Ống dẫn là một cơ chế cơ bản để liên lạc gián tiếp giữa các tiến trình. Đó là các file đặc biệt (FIFO), ở đó các thông tin được truyền đi 1 đầu và thoát ra ở một đầu khác. Một số đặc điểm của "ống dẫn":

- Các ống dẫn chỉ mang tính chất tạm thời, chỉ tồn tại trong thời gian thực hiện của một tiến trình tạo ra nó.

- Muốn tạo ra một ống dẫn phải bắt đầu bằng một lệnh đặc biệt: pipe().

- Nhiều tiến trình có thể viết và đọc trên cùng một ống dẫn. Tuy nhiên, không có một cơ chế nào để phân biệt thông tin cho các tiến trình ở đầu ra.

- Dung lượng ống dẫn bị hạn chế (khoảng 4KB). Do đó khi chúng ta cố gắng viết khi ống dẫn bị đầy thì sẽ gặp phải trường hợp tắc nghẽn.

- Các tiến trình liên lạc qua ống dẫn phải có mối quan hệ họ hàng và các ống dẫn nối phải được mở trước khi tạo ra các tiến trình con.

- Không thể tự thay đổi vị trí thông tin trong ống.

Thao tác với "ống dẫn liên lạc"

Tạo một ống dẫn:

int p_desc[2];

int pipe(p_desc);

Giá trị trả về là 0 nếu thành công, -1 nếu thất bại.

p_desc[0] : chứa các số hiệu mô tả nhờ đó có thể đọc trong ống dẫn.

p_desc[1] : chứa các số hiệu mô tả nhờ đó có thể viết trong ống dẫn.

Như vậy việc viết trong p_desc[1] là để truyền dữ liệu trong ống và việc đọc trong

p_desc[0] để nhận chúng.

Ví dụ:

#include

#include

main()

{

int i,ret, p_desc[2];

char c;

pipe(p_desc);

write(p_desc[1], "AB", 2);

for (i=1; i<=3,i ++) {

ret=read(p_desc[0], &c, 1);

if (ret == 1)

printf(" Gia tri: %c\n",c);

else

perror("Loi ong dan rong");

}

}

Ví dụ trên chỉ ra rằng ta có thể truyền và nhận thông tin trên ống dẫn. Chúng ta đã dùng hàm read() và write() để viết (truyền) và đọc (nhận) trên ống dẫn.

Liên lạc giữa tiến trình cha và tiến trình con

Trong ví dụ dưới đây, một tiến trình tạo ra một ống dẫn, tạo ra một tiến trình con, viết một văn bản vào ống dẫn.Tiến trình con thừa hưởng ống dẫn và các ký hiệu mô tả của ống dẫn, thực hiện đọc trong ống dẫn:

#include

#include

void code_fils(int number) {

int fd, nread;

char texte[100];

- 31-

fd=number;

printf(" So hieu mo ta la %d\n",fd);

switch (nread=read(fd, texte, sizeof(texte)))

{

case -1:

perror("Loi doc.");

case 0:

perror("EOF");

default:

printf("Van ban nhan duoc co %d ky tu: %s\n",fd, texte);

}

}

main() {

int fd[2];

char chaine[10];

if (pipe(fd)==-1)

{ perror("Loi khoi tao pipe.");

exit(1);

}

switch (fork()) {

case -1:

perror(" Loi khoi tao tien trinh.");

break;

case 0:

if (close(fd[1])==-1)

perror(" Error.");

code_fils(fd[0]);

exit(0);

}

close(fd[0]);

if (write(fd[1]),"hello",6)==-1)

perror("Loi truyen.");

}

Kết quả chương trình:

So hieu mo ta la: 5

Van ban nhan duoc co 6 ky tu: hello

Chú ý rằng, tiến trình con đọc trong ống dẫn mà không viết ở đó nên nó bắt đầu bằng cách đóng phần viết fd[1] để tiết kiệm các tín hiệu mô tả của tổ hợp. Tương tự, vì tiến trình cha chỉ sử dụng phần viết nên nó đóng phần đọc lại (fd[0]). Sau đó tiến trình cha viết vào ống dẫn 6 ký tự và tiến trình con đã đọc chúng.

Định nghĩa Tiến trình

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. u
Ví dụ: dòng lệnh sau nnroff -man ps.1
grep kill | more usẽ sinh ra 3 tiến trình khác nhau

Các loại tiến trình chính trên Linux

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 process

Daemon processes
Là các tiến trình chạy dưới nền (background). Đa số các chương trình 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 chương trình khách (client) để trả lời sau các cổng xác định (cổng là khái niệm gắn liền với giao thức TCP/IP BSD socket). Hầu hết các dịch vụ trên 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. Ví dụ named được phát âm là “nêm đê”.

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(xem chi tiết lệnh ps vào terminal gõ man ps).
$ ps
PID TTY STAT TIME COMMAND
41 v01 S 0:00 -bash
134 v01 R 0:00 ps

Lệnh ps

Để hiển thị tất cả các process, ta có thể sử dụng lệnh ps –a. Một người sử dụng hệ thống bình thường có thể thấy tất cả các tiến trình, nhưng chỉ có thể điều khiển dược các tiến trình của mình tạo ra. Chỉ có superuser mới có quyền điều khiển tất cả các tiến trình của hệ thống Linux và của người khác. Lệnh ps –ax cho phép hiển thị tất cả các tiến trình, ngay cả những tiến trình không gắn liền đến có bàn điều khiển (tty). Chúng ta có thể coi các tiến trình đang chạy cùng với dòng lệnh đầy đủ để khởi động tiến trình này bằng 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 đang có vấn đề. uLinux 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. nChỉ 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 -9 PID_của_ tiến_trình

Tham số –9 là gửi tín hiệu dừng không điều kiện chương trình. Chú ý nếu bạn logged vào hệ thống như root, nhập số PID chính xác nếu không bạn có thể dừng một tiến trình khác. Không nên dừng các tiến trình mà mình không biết vì có thể làm treo máy hoặc dịch vụ.

Một tiến trình có thể sinh ra các tiến trình con trong quá trình hoạt động của mình. Nếu bạn 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. Trong một số hãn hữu các trường hợp, tiến trình có lỗi nặng không dừng được, phương pháp cuối cùng là khởi động lại máy.

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. Với lệnh đơn giản top, ta sẽ có
u11:09am up 46 days, 17:44, 2 users, load average: 0.08, 0.03, 0.01 u63 processes: 61 sleeping, 2 running, 0 zombie, 0 stopped uCPU states: 0.1% user, 0.0% system, 0.0% nice, 99.8% idle uMem: 126644K av, 121568K used, 5076K free, 0K shrd, 25404K buff uSwap: 136544K av, 9836K used, 126708K free 36040K cached u u PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND u27568 tuanna 11 0 1052 1052 836 R 0.1 0.8 0:00 top u 1 root 0 0 124 72 68 S 0.0 0.0 0:25 init u 2 root 8 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kevent

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. uNgoài 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
Theo langviet.

Ngoài ra bạn có thể đọc thêm ở http://www.2000trainers.com/linux/linux-process-manage/