Многопоточное программирование (лекция 4). Создание процессов, copy-on-write, атрибуты процесса, ожидание потомка

1. Многопоточное программирование

Лекция №4
Многопоточное
программирование
Дмитрий Калугин-Балашов

2. Создание процессов

pid_t fork();
2

3. Создание процессов

pid_t fork();
pid_t vfork();
3

4. Создание процессов

pid_t fork();
pid_t vfork();
pid_t forkpty(int *amaster,
char *name,
const struct termios *termp,
const struct winsize *winp);
4

5. Copy-on-write

5

6. Copy-on-write

7
6
5
4
3
2
1
0
6

7. Copy-on-write

7
6
5
4
3
2
1
2
0
1
0
7

8. Copy-on-write

7
6
5
7
6
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0
0
8

9. Copy-on-write

fork()
7
6
7
7
6
6
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
0
0
0
5
9

10. Copy-on-write

fork()
7
6
7
7
6
6
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
0
0
0
5
1
0

11. Copy-on-write

fork()
7
6
?
7
7
6
6
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
0
0
0
5
1
1

12. Copy-on-write

fork()
8
?
7
7
6
6
6
5
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
0
0
0
7
1
2

13. Copy-on-write

fork()
8
7
7
7
6
6
6
5
5
5
4
4
4
3
3
3
2
2
2
1
1
1
0
0
0
1
3

14. Дерево процессов

init
1
4

15. Атрибуты процесса

PID и PPID (Parent PID).
1.
2.
pid_t getpid();
pid_t getppid();
1
5

16. Атрибуты процесса

PID и PPID (Parent PID).
1.
2.
pid_t getpid();
pid_t getppid();
3.
// PID=1 для init.
4.
5.
// Если родительский процесс завершается,
// потомок получает PPID=1.
1
6

17. Атрибуты процесса

UID, GID, EUID, EGID.
1. // “Кто создал?”
2. // (Реальные идентификаторы пользователя и группы).
3.
4.
5.
6.
uid_t getuid();
int setuid(uid_t uid);
gid_t getgid();
int setgid(gid_t gid);
7. // “От чьего лица выполняется?”
8. // (Эффективные идентификаторы пользователя и группы).
9.
10.
11.
12.
uid_t geteuid();
int seteuid(uid_t uid);
gid_t getegid();
int setegid(gid_t gid);
1
7

18. Атрибуты процесса

Корневой каталог.
1. int chroot(const char *path);
2. // --- /var/new_root/somefile.txt
3. // --- chroot(“/var/new_root”);
4. // --- /somefile.txt
1
8

19. Атрибуты процесса

Рабочий каталог.
1. int chdir(const char *path);
2. int fchdir(int fd);
1
9

20. Атрибуты процесса

Приоритет.
1. int nice(int incr);
2. // NZERO = 20
3. // NICE = 0..39
4. // NICE-20
2
0

21. Атрибуты процесса

Ограничения.
1. int getrlimit(int resource, struct rlimit *rlp);
2. int setrlimit(int resource, const struct rlimit *rlp);
3. struct rlimit {
4.
rlim_t rlim_cur;
5.
rlim_t rlim_max;
6. }
7. // RLIMIT_CORE, RLIMIT_CPU, RLIMIT_DATA, RLIMIT_FSIZE,
RLIMIT_NOFILE, RLIMIT_STACK, RLIMIT_AS
8. // RLIM_SAVED_MAX, RLIM_SAVED_CUR, RLIM_INFINITY
2
1

22. Атрибуты процесса

Ограничения.
1. long ulimit(int cmd, …); // Устаревший
2. int getrusage(int who, struct rusage *r_usage);
3. // RUSAGE_SELF, RUSAGE_CHILDREN
4. int prlimit(pid_t pid,
5.
int resource,
6.
const struct rlimit *new_limit,
7.
struct rlimit *old_limit);
2
2

23. Атрибуты процесса

Переменные окружения.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
extern char **environ;
// Имя=Значение
// Имя=Значение
// ...
// Имя=Значение
// \0
7.
8.
9.
10.
char *getenv(const char *var);
int putenv(char *string);
int setenv(const char *var, const char *val, int overwrite);
int unsetenv(const char *var);
2
3

24. Порождение процесов

Порождение процесса через exec.
-
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const
envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const
envp[]);  
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
2
4

25. Порождение процесов

Порождение процесса через exec.
-
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const
envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const
envp[]);  
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
2
5

26. Порождение процесов

Порождение процесса через exec.
-
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const
envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const
envp[]);  
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
2
6

27. Порождение процесов

Порождение процесса через exec.
-
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const
envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const
envp[]);  
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
2
7

28. Порождение процесов

Порождение процесса через exec.
-
int execl(const char *path, const char *arg, ...);
int execv(const char *path, char *const argv[]);
int execle(const char *path, const char *arg, ..., char * const
envp[]);
int execve(const char *path, char *const argv[], char *const
envp[]);  
int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
int execvp(const char *file, char *const argv[]);
2
8

29. Порождение процесов

Порождение процесса через system.
int system(const char *command);
2
9

30. Ожидание потомка

Как предотвратить зомби?
1. pid_t waitpid(pid_t pid, int *statusp, int options);
2. // pid <- PID или -1
3. // options <- WNOHANG
4. // wait(&status) = waitpid(-1, &status, 0);
3
0

31. Исполнение процесса

Рождение
3
1

32. Исполнение процесса

Рождение
Готовность
3
2

33. Исполнение процесса

Рождение
Готовность
Выполнение
Ожидание
3
3

34. Исполнение процесса

Рождение
Готовность
Выполнение
Смерть
Ожидание
3
4

35. Сигналы

read(…)
3
5

36. Сигналы

SIGNAL
read(…)
3
6

37. Сигналы

SIGNAL
read(…)
errno = EINTR
3
7

38. Сигналы

Основые типы сигналов.
1. kill –l
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
SIGABRT
SIGALRM
SIGCHLD
SIGINT
SIGTERM
SIGKILL
SIGUSR1
SIGUSR2
SIGHUP
11. SIGRTMIN
12. SIGRTMAX
3
8

39. Сигналы

ANSI C.
1. void handler(int signum)
2. {
3.
// ...
4. }
5.
6.
7.
8.
// ANSI C
signal(SIGUSR1, handler);
signal(SIGUSR2, SIG_IGN);
signal(SIGTERM, SIG_DFL);
3
9

40. Сигналы

POSIX.
1. // POSIX
2. struct sigaction {
3.
void (*sa_handler)(int);
4.
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
5.
sigset_t sa_mask;
6.
int sa_flags;
7.
void (*sa_restorer)(void);
8. }
4
0

41. Сигналы

POSIX.
1. // POSIX
2. struct sigaction {
3.
void (*sa_handler)(int);
4.
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
5.
sigset_t sa_mask;
6.
int sa_flags;
7.
void (*sa_restorer)(void);
8. }
4
1

42. Сигналы

POSIX.
1. // POSIX
2. struct sigaction {
3.
void (*sa_handler)(int);
4.
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
5.
sigset_t sa_mask;
6.
int sa_flags;
7.
void (*sa_restorer)(void);
8. }
9.
10.
11.
12.
13.
int
int
int
int
int
sigemptyset(sigset_t *set);
sigfillset(sigset_t *set);
sigaddset(sigset_t *set, int signum);
sigdelset(sigset_t *set, int signum);
sigismember(const sigset_t *set, int signum);
4
2

43. Сигналы

POSIX.
1. // POSIX
2. struct sigaction {
3.
void (*sa_handler)(int);
4.
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
5.
sigset_t sa_mask;
6.
int sa_flags; // SA_NODEFER, SA_RESETHAND, SA_SIGINFO,
7.
8.
SA_RESTART
void (*sa_restorer)(void);
}
9.
10.
11.
12.
13.
int
int
int
int
int
sigemptyset(sigset_t *set);
sigfillset(sigset_t *set);
sigaddset(sigset_t *set, int signum);
sigdelset(sigset_t *set, int signum);
sigismember(const sigset_t *set, int signum);
4
3

44. Сигналы

POSIX.
1. // POSIX
2. struct sigaction {
3.
void (*sa_handler)(int);
4.
void (*sa_sigaction)(int, siginfo_t *, void *);
5.
sigset_t sa_mask;
6.
int sa_flags; // SA_NODEFER, SA_RESETHAND, SA_SIGINFO,
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
SA_RESTART
void (*sa_restorer)(void);
}
int sigemptyset(sigset_t *set);
int sigfillset(sigset_t *set);
int sigaddset(sigset_t *set, int signum);
int sigdelset(sigset_t *set, int signum);
int sigismember(const sigset_t *set, int signum);
int sigaction(int signum, const struct sigaction *act, struct
sigaction *oldact);
4
4

45. Сигналы

siginfo_t.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
union sigval {
int sival_int;
void *sival_ptr;
};
typedef struct {
int si_signo;
int si_code; /* SI_USER, SI_KERNEL, SI_QUEUE, SI_TIMER */
union sigval si_value;
int si_errno;
pid_t si_pid;
uid_t si_uid;
void *si_addr;
int si_status;
int si_band;
} siginfo_t;
4
5

46. Сигналы

Отправка и ожидание сигнала.
1. int kill(pid_t pid, int signum);
2. int sigqueue(pid_t pid, int sig, const union sigval value);
3. int raise(int signum); // Синхронно.
4. int abort(); // SIGABRT
5. unsigned alarm(unsigned secs); // SIGALRM
6. int pause();
7. int sigwait(const sigset_t *set, int *signum);
4
6

47. Сигналы

Безопасность.
1. volatile sig_atomic_t GlobalVariable;
4
7

48. Блокировка

File
4
8

49. Блокировка

PID
PID
File
PID
PID
PID
4
9

50. Блокировка

PID
READ
File
PID
PID
PID
WRITE
PID
5
0

51. Блокировка

PID
PID
Exclusive lock
File
PID
Exclusive lock
PID
PID
5
1

52. Блокировка

PID
PID
File
PID
PID
PID
5
2

53. Блокировка

PID
PID
File
PID
PID
PID
5
3

54. Блокировка

PID
PID
File
PID
PID
PID
5
4

55. Блокировка

PID
Exclusive lock
File
PID
Exclusive lock
Exclusive lock
PID
Exclusive lock
PID
PID
5
5

56. Блокировка

PID
Exclusive lock
File
PID
Exclusive lock
Exclusive lock
PID
Exclusive lock
PID
PID
5
6

57. Блокировка

PID
Exclusive lock
File
PID
Exclusive lock
Exclusive lock
PID
Exclusive lock
PID
PID
5
7

58. Блокировка

PID
Shared lock
File
PID
Shared lock
Shared lock
PID
Exclusive lock
PID
PID
5
8

59. Блокировка

Блокировки в коде.
1. flock(fd, LOCK_EX);
2. flock(fd, LOCK_SH);
3. flock(fd, LOCK_UN);
4. flock(fd, LOCK_EX | LOCK_NB);
5. flock(fd, LOCK_SH | LOCK_NB);
5
9

60. Файлы блокировок

Что мы хотим?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
if(lock(“filename”))
{
// Какие-то действия
unlock(“filename”);
}
else
{
// ...
}
6
0

61. Файлы блокировок

Реализация lock().
1. bool lock(char *filename)
2. {
3.
int fd;
4.
if(fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREATE | O_EXCL, 0))
== -1)
{
5.
6.
7.
8.
9.
10. }
return false;
}
close(fd);
return true;
6
1

62. Файлы блокировок

Реализация lock().
1. bool lock(char *filename)
2. {
3.
int fd;
4.
if(fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREATE | O_EXCL, 0))
== -1)
{
5.
6.
7.
8.
9.
10. }
return false;
}
close(fd);
return true;
6
2

63. Файлы блокировок

Реализация lock().
1. bool lock(char *filename)
2. {
3.
int fd;
4.
if(fd = open(filename, O_WRONLY | O_CREATE | O_EXCL, 0))
== -1)
{
5.
6.
7.
8.
9.
10. }
return false;
}
close(fd);
return true;
6
3

64. Файлы блокировок

Реализация unlock().
1. bool unlock(char *filename)
2. {
3.
unlink(filename);
4.
return true;
5. }
6
4

65. Общие смещения в файлах

Какой-то файл…
6
5

66. Общие смещения в файлах

Процесс 1
Какой-то файл…
6
6

67. Общие смещения в файлах

Процесс 1
Какой-то файл…
6
7

68. Общие смещения в файлах

Процесс 1
Какой-то файл…
6
8

69. Общие смещения в файлах

Процесс 1
fd
Какой-то файл…
6
9

70. Общие смещения в файлах

Процесс 1
fork()
fd
Процесс 2
fd
Какой-то файл…
7
0

71. Общие смещения в файлах

Процесс 1
fork()
fd
Процесс 2
fd
Position
Какой-то файл…
7
1

72. Общие смещения в файлах

Процесс 1
fork()
fd
Процесс 2
fd
Position
Какой-то файл…
7
2

73. Общие смещения в файлах

seek(fd, NUMBER, SEEK_SET);
Процесс 1
fork()
fd
Процесс 2
fd
Position
Какой-то файл…
7
3

74. Общие смещения в файлах

seek(fd, NUMBER, SEEK_SET);
Процесс 1
fork()
fd
lseek(fd, 0, SEEK_CUR);
Процесс 2
fd
Position
Какой-то файл…
7
4

75. Неименованные каналы

int pipe(int fd[2]);
7
5

76. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
7
6

77. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
Канал
7
7

78. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
Канал
7
8

79. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
Канал
7
9

80. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
fd[1]
fd[0]
Канал
8
0

81. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
fd[1]
fd[0]
Канал
8
1

82. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
fd[1]
fd[0]
Канал
8
2

83. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
fd[1]
fd[0]
Канал
8
3

84. Неименованные каналы

fd[1]
fd[0]
fd[1]
fd[0]
Канал
8
4

85. Неименованные каналы

Канал
8
5

86. Неименованные каналы

PIPE_BUF
Канал
8
6

87. Неименованные каналы

PIPE_BUF
Канал
long v = fpathconf(pfd[0], _PC_PIPE_BUF);
8
7

88. Неименованные каналы

Пример конвейера.
1.
who | sort | uniq | wc  
8
8

89. Неименованные каналы

who stdout
stdin sort stdout
stdin uniq stdout
stdin wc
8
9

90. Неименованные каналы

who stdout
stdin sort stdout
stdin uniq stdout
stdin wc
9
0

91. Неименованные каналы

who stdout
stdin sort stdout
stdin uniq stdout
stdin wc
Канал 1
9
1

92. Неименованные каналы

who stdout
stdin sort stdout
Канал 1
stdin uniq stdout
stdin wc
Канал 2
9
2

93. Неименованные каналы

who stdout
stdin sort stdout
Канал 1
stdin uniq stdout
Канал 2
stdin wc
Канал 3
9
3

94. Неименованные каналы

Дублирование дескрипторов.
1.
2.
3.
int dup(int oldfd);
int dup2(int oldfd, int newfd); // dup2(N, N) = N
int dup3(int oldfd, int newfd, int flags /* O_CLOEXEC */);
9
4

95. Неименованные каналы

Пример конвеера.
1. void who_wc() {
2.
int pfd[2];
3.
pipe(pfd);
4.
if(!fork()) {
5.
close(STDOUT_FILENO);
6.
dup2(pfd[1], STDOUT_FILENO);
7.
close(pfd[0]); close(pfd[1]);
8.
execlp(“who”, “who”, NULL); }
9.
if(!fork()) {
10.
close(STDIN_FILENO);
11.
dup2(pfd[0], STDIN_FILENO);
12.
close(pfd[0]); close(pfd[1]);
13.
execlp(“wc”, “wc”, “-l”, NULL); }
14.
close(pfd[0]); close(pfd[1]);
15.
wait(NULL); wait(NULL);
16. }
9
5

96. Неименованные каналы

popen и pclose.
1.
2.
FILE *popen(const char *command, const char *type);
int pclose(FILE *stream);
9
6

97. Неименованные каналы

Двусторонние каналы.
1. int socketpair(int d, /* AF_UNIX */
2.
int type,
3.
int protocol,
4.
int sv[2]);
9
7

98. Именованные каналы

FIFO.
1. int mkfifo(const char *path,
2.
mode_t perms);
9
8

99.

Спасибо за
внимание!
Дмитрий Калугин-Балашов
[email protected]