Лаб. работа “Работа с процессами в Linux”

Системное программирование
Практика
Автор

Бизюк Андрей

Дата публикации

22 апреля 2024 г.

Цель лабораторной работы

Изучение основных аспектов работы с процессами в операционной системе Linux с целью приобретения практических навыков управления процессами, мониторинга и анализа их работы.

Задачи лабораторной работы

  1. Изучение основных понятий в системном программировании относительно процессов в Linux (процессы, идентификаторы процессов, дерево процессов и т. д.).
  2. Ознакомиться с командами и утилитами Linux для работы с процессами (ps, top, kill и т. д.) и их ключами.
  3. Создать простые процессоы с использованием системных вызовов fork() и exec().
  4. Изучить механизмы коммуникации между процессами (каналы, сокеты, очереди сообщений).
  5. Оформить отчет о выполненной работе, включающий описание поставленных задач, исходный код программ и результаты тестирования.

Порядок выполнения работы

  1. Создайте программу на языке Си, которая использует системные вызовы fork() для создания нового процесса.

  2. Используйте системные вызовы exec() в дочернем процессе для выполнения другой программы (например, ls, ps, или ваша собственная программа).

  3. Изучите механизм каналов (pipes) и реализуйте коммуникацию между родительским и дочерним процессами через канал.

  4. Изучите семафоры (semaphores) и реализуйте пример синхронизации между несколькими процессами.

Примеры

Пример 1: Создание нового процесса с помощью системного вызова fork():

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid;

    pid = fork();

    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "Ошибка при вызове fork()\n");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        printf("Это дочерний процесс (PID: %d)\n", getpid());
    } else {
        printf("Это родительский процесс (PID: %d), дочерний процесс создан (PID: %d)\n", getpid(), pid);
    }

    return 0;
}

Пример 2: Использование системного вызова exec() для выполнения программы в созданном процессе:

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    pid_t pid;

    pid = fork();

    if (pid < 0) {
        fprintf(stderr, "Ошибка при вызове fork()\n");
        return 1;
    } else if (pid == 0) {
        printf("Это дочерний процесс (PID: %d)\n", getpid());
        execl("/bin/ls", "ls", "-l", NULL);
    } else {
        printf("Это родительский процесс (PID: %d), дочерний процесс создан (PID: %d)\n", getpid(), pid);
    }

    return 0;
}

Пример 3: Использование каналов (pipes) для обмена данными между процессами:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t pid;
    char buffer[20];

    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid = fork();

    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) {
        close(pipefd[0]);  // Закрываем конец для чтения в дочернем процессе
        write(pipefd[1], "Привет от дочернего процесса", 30);
        close(pipefd[1]);  // Закрываем конец для записи в дочернем процессе
        exit(EXIT_SUCCESS);
    } else {
        close(pipefd[1]);  // Закрываем конец для записи в родительском процессе
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));
        printf("Родительский процесс прочитал: %s\n", buffer);
        close(pipefd[0]);  // Закрываем конец для чтения в родительском процессе
    }

    return 0;
}

Пример 4: Использование семафоров (semaphores) для синхронизации между процессами:

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/ipc.h>
#include <sys/sem.h>

#define SEM_KEY 1234

union semun {
    int val;
    struct semid_ds *buf;
    unsigned short *array;
};

int main() {
    int sem_id;
    struct sembuf sops;

    // Создание семафора
    sem_id = semget(SEM_KEY, 1, IPC_CREAT | 0666);
    if (sem_id == -1) {
        perror("semget");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    // Установка начального значения семафора
    union semun arg;
    arg.val = 1;
    if (semctl(sem_id, 0, SETVAL, arg) == -1) {
        perror("semctl");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    pid_t pid = fork();
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        exit(EXIT_FAILURE);
    }

    if (pid == 0) {
        sops.sem_num = 0;
        sops.sem_op = -1;  // Уменьшаем семафор
        sops.sem_flg = 0;
        semop(sem_id, &sops, 1);  // Захватываем семафор

        printf("Дочерний процесс захватил семафор\n");

        sops.sem_op = 1;  // Увеличиваем семафор
        semop(sem_id, &sops, 1);  // Освобождаем семафор
    } else {
        sops.sem_num = 0;
        sops.sem_op = -1;  // Уменьшаем семафор
        sops.sem_flg = 0;
        semop(sem_id, &sops, 1);  // Захватываем семафор

        printf("Родительский процесс захватил семафор\n");

        sops.sem_op = 1;  // Увеличиваем семафор
        semop(sem_id, &sops, 1);  // Освобождаем семафор
    }

    return 0;
}

Контрольные вопросы

  1. Что такое процесс в операционной системе Linux?
  2. Каковы основные характеристики процесса (идентификатор процесса, родительский процесс, состояние процесса)?
  3. Как создать новый процесс с использованием системного вызова fork()?
  4. Как процесс может выполнить другую программу с помощью системного вызова exec()?
  5. Какие команды и утилиты Linux используются для работы с процессами (например, ps, top, kill) и какие ключи часто используются с ними?
  6. Какие механизмы коммуникации между процессами существуют в Linux?
  7. Какие действия могут быть выполнены над процессом с помощью команды kill?
  8. Какие утилиты мониторинга можно использовать для анализа работы процессов в реальном времени?
  9. Как можно определить, сколько ресурсов (памяти, CPU и т. д.) потребляет определенный процесс?
  10. Какие меры безопасности могут быть применены при работе с процессами в Linux?
Наверх