Как устроено управление процессами в Linux?

1️⃣ Как кратко ответить

Управление процессами в Linux осуществляется через ядро операционной системы, которое использует планировщик для распределения процессорного времени между процессами. Каждый процесс имеет уникальный идентификатор (PID) и может находиться в одном из нескольких состояний, таких как выполнение, ожидание или завершение. Пользователи могут управлять процессами с помощью команд, таких как ps, top, kill, и системных вызовов, таких как fork(), exec(), wait(). Планировщик использует различные алгоритмы, чтобы обеспечить справедливое распределение ресурсов и приоритетное выполнение задач.

2️⃣ Подробное объяснение темы

Управление процессами в Linux — это ключевая функция операционной системы, которая позволяет эффективно распределять ресурсы между различными задачами. Процесс — это экземпляр выполняемой программы, который содержит код, данные и состояние выполнения.

Основные концепции

• Процесс: Это выполняемая программа. Каждый процесс имеет уникальный идентификатор (PID), который используется для его отслеживания.
• Планировщик: Компонент ядра, который распределяет процессорное время между процессами. Он использует различные алгоритмы планирования, такие как Round Robin, FIFO и другие, чтобы обеспечить эффективное выполнение задач.
• Состояния процесса: Процессы могут находиться в различных состояниях, таких как:
  • Running (выполняется): Процесс в данный момент выполняется на процессоре.
  • Waiting (ожидание): Процесс ожидает завершения события, например, ввода-вывода.
  • Stopped (остановлен): Процесс приостановлен и не выполняется.
  • Zombie (зомби): Процесс завершился, но его запись в таблице процессов еще не удалена.

Управление процессами

• Создание процессов: В Linux процессы создаются с помощью системного вызова fork(), который создает копию текущего процесса. Новый процесс называется дочерним и получает уникальный PID.

  pid_t pid = fork();
  if (pid == 0) {
      // Это код дочернего процесса
  } else if (pid > 0) {
      // Это код родительского процесса
  } else {
      // Ошибка при создании процесса
  }
  

  • fork() возвращает 0 в дочернем процессе и PID дочернего процесса в родительском. Если fork() возвращает -1, это означает ошибку.

• Замена процесса: Системный вызов exec() используется для замены текущего процесса новым. Это позволяет выполнять другую программу в контексте текущего процесса.

  execl("/bin/ls", "ls", NULL);
  

  • execl() заменяет текущий процесс программой ls. Если exec() успешен, код после него не выполняется.

• Завершение процессов: Процессы могут завершаться самостоятельно или быть завершены другими процессами. Системный вызов wait() позволяет родительскому процессу дождаться завершения дочернего.

  int status;
  wait(&status);
  

  • wait() блокирует выполнение родительского процесса до завершения дочернего, возвращая статус завершения.

Команды для управления процессами

• ps: Показывает список текущих процессов.
• top: Отображает динамическую информацию о процессах в реальном времени.
• kill: Отправляет сигнал процессу для его завершения или изменения состояния.

Применение

Управление процессами необходимо для многозадачности, позволяя нескольким программам выполняться одновременно. Это критично для серверов, где множество пользователей и приложений требуют одновременного доступа к ресурсам. Эффективное управление процессами обеспечивает стабильность и производительность системы, позволяя оптимально использовать доступные ресурсы.