Однопользовательский и многопользовательский режимы загрузки операционной системы GNU/Linux. Назначение файла fstab.

ОС Linux работает в 2-х режимах: однопользовательском (режим пользователя root, в этом режиме настраивается ОС) и многопользовательский (режим работы всех пользователей).

После включения питания компьютера и завершения тестирования аппаратной части BIOS считывает из первого сектора загрузочного диска короткую программу загрузчик. Эта программа запускает основной системный загрузчик (например, LILO), который, в свою очередь, загружает в память ядро системы vmlinuz - x.y.z- a, которое обычно хранится в файле в каталоге /boot. Здесь x.y.z --- это номер версии ядра, а вместо символа "а" часто стоит указание на какие то конкретные модификации ядра.

Сразу после загрузки ядро монтирует корневую файловую систему и запускает процесс init. Процесс init --- это программа, которая ответственна за продолжение процедуры загрузки, и перевод системы от начального состояния, возникающего после загрузки ядра, в стандартное состояние обработки запросов многих пользователей. Процесс init выполняет еще массу различных операций, необходимых для дальнейшей работы системы: проверку и монтирование файловых систем, запуск различных служб (демонов), запуск процедур регистрации, оболочек пользователей на различных терминалах и т. д.

Точный список этих операций зависит от так называемого уровня выполнения (run level). Уровень выполнения определяет перечень действий, выполняемых процессом init, и состояние системы после загрузки, т. е. конфигурацию запущенных процессов. Уровень выполнения идентифицируется одним символом. В ОС Linux существует 8 основных уровней выполнения:

0- остановка системы;

1- однопользовательский режим (для специальных случаев администрирования);

 2 - многопользовательский режим без NFS (то же, что и 3, если компьютер не работает с сетью);

3 - полный многопользовательский режим;

4 - использование не регламентировано;

5 - обычно используется для запуска системы в графическом режиме;

 6 - перезагрузка системы;

 S (или s) --- примерно то же, что и однопользовательский режим, но S и s

используются в основном в скриптах.

Как видите, уровни 0, 1 и 6 зарезервированы для особых случаев. Относительно того, как использовать уровни со 2 по 5, единого мнения не существует.

Первым делом после старта процесс считывает свой конфигурационный файл /etc/inittab. Этот файл состоит из отдельных строк. Если строка начинается со знака или пуста, то она игнорируется.

Обработка файла /etc/inittab процессом init начинается в однопользовательском режиме (уровень 1), в котором единственным пользователем является пользователь root, работающий с консоли. Первым делом init находит строку, которая определяет, какой уровень выполнения запускается по умолчанию.

Далее выполняет команды, указанные в строке с ключевым словом sysinit. В стандартной конфигурации здесь выполняется скрипт rc.sysinit из каталога /etc/rc.d. После этого процесс init просматривает файл /etc/inittab и выполняет скрипты, соответствующие однопользовательскому уровню (1 во втором поле строки), всем уровням (строки с пустым вторым полем) и уровню, заданному по умолчанию.

Следующая важная функция, которую выполняет этот процесс (на уровнях со 2 по 5) --- запуск шести виртуальных консолей (процессов getty), чтобы предоставить пользователям возможность регистрироваться в системе с терминалов. Для этого init порождает процессы, именуемые getty процессами, и следит за тем, какой из процессов открывает какой терминал. Каждый getty процесс устанавливает свою группу процессов, используя вызов системной функции setpgrp, открывает отдельную терминальную линию и обычно приостанавливается во время выполнения функции open до тех пор, пока машина не получит аппаратную связь с терминалом. Когда функция open возвращает управление, getty процесс исполняет программу login (регистрации в системе), которая требует от пользователей, чтобы они идентифицировали себя указанием регистрационного имени и пароля. Если пользователь зарегистрировался успешно, программа login, запускает командный процессор shell и пользователь приступает к работе. Этот вызов shell именуется "login shell" (регистрационный shell, регистрационный интерпретатор команд). Процесс, связанный с shell, имеет тот же идентификатор, что и начальный getty процесс, поэтому login shell является процессом, возглавляющим группу процессов.

Если пользователь не смог успешно зарегистрироваться, программа регистрации завершается через определенный промежуток времени, закрывая открытую терминальную линию, а процесс init порождает для этой линии следующий getty – процесс открывающий терминал, вместо прекратившего существование.

После завершения загрузки init продолжает работать в фоновом режиме, отслеживая изменения в состоянии системы.

Таким образом, процесс начальной загрузки init постоянно находится в оперативной памяти и при получении соответствующих сигналов повторно выполняет цикл чтения из файла /etc/inittab о том, что нужно делать, при чем этот набор инструкций различен для разных уровней выполнения.

Когда суперпользователь останавливает систему (командой shutdown), именно init завершает все другие исполняющиеся процессы, размонтирует все файловые системы и останавливает процессор.

 

53 Процессы в ОС GNU/Linux. Ветвление процессов. Организация процессов в фоновом режиме. Идентификатор процесса (pid).

Главная, постоянно находящаяся в оперативной памяти, часть ОС Linux называется ядром (Kernel). Ядро ОС обрабатывает прерывания от устройств, выполняет запросы системных процессов и пользовательских приложений, распределяет виртуальную память, создает и уничтожает процессы, обеспечивает многозадачность посредством переключения между ними, содержит драйверы устройств, обслуживает файловую систему.

Пользовательские процессы не могут непосредственно, например, порождать другие процессы, производить чтение или запись на диск, выводить данные на экран или создавать гнездо {socket) для обмена по сети. Для выполнения этих действий они должны воспользоваться сервисами ядра. Обращения за такими услугами называются системными вызовами.

Начальная загрузка системы состоит в том, что файл с образом ядра считывается в оперативную память, начиная с нулевого адреса. Этот файл находится в каталоге /boot и называется vmlinuz-x.y.z, где x.y.z — это номер версии ядра.

С точки зрения ядра процесс представляет собой запись в таблице процессов. Эта запись содержит данные, существующие в течение всего времени жизни процесса, и сведения о его состоянии. Размер таблицы процессов позволяет запускать несколько сотен процессов. Другая важная информация о процессе — например, таблица всех открытых процессом файлов — хранится в его адресном пространстве.

Запись в таблице процессов и пространство процесса вместе составляют контекст, или окружение, процесса. В него входят:

• PID — идентификатор процесса. Он принудительно назначается планировщиком при запуске процесса.
• PPID — идентификатор родительского процесса (о порождении процессов — дальше в этом же параграфе).
• TTY — имя управляющего терминала (терминал, с которого запущен процесс).
• WD — текущий каталог процесса, от которого отсчитываются относительные пути.
• RID, RGID — реальные ID и групповой ID пользователя, запустившего процесс.
• NICE — показатель уступчивости. Процессы выполняются в режиме разделения времени, то есть время центрального процессора делится между готовыми к выполнению процессами с учетом их приоритета. Чем выше показатель уступчивости, тем ниже приоритет.
• Переменные окружения.

Каждый процесс порождается другим процессом, использующим для этого системный вызов fork(). Таким образом, структура процессов древовидна. Корнем этого дерева служит init — процесс инициализации системы. Он запускается ядром первым, получает идентификатор 1 и порождает еще несколько процессов (сколько и каких, можно узнать из его конфигурационного файла /etc/inittab), которые, в свою очередь, при участии пользователя порождают другие процессы.

В результате системного вызова fork() родительский процесс полностью копирует свое окружение, включая адресное пространство, в дочерний, так что в момент рождения дочерний процесс отличается только своим ID. Потом дочерний процесс с помощью вызова ехес() загружает в свое адресное пространство какой-нибудь исполняемый файл и начинает исполнять содержащуюся в нем программу.

Иерархия процессов: ps и pstree

Команда ps позволяет просмотреть сведения обо всех процессах, протекающих в системе в данный момент(ps aux, ps -l)

Команда pstree представляет дерево процессов сразу в наглядном виде:

Ключ -р выводит вместе с именем процесса его PID, а ключ -и — имя пользователя, запустившего процесс/

Команды df (disk free) и du (disk usage) показывают, сколько места доступно и занято на жестком диске.

Процессы в реальном времени: команда top.

Фоновый режим

Родительский процесс может либо ждать завершения дочернего, либо продолжать свое выполнение. Если в роли родителя выступает командная оболочка, то это значит, что процессы, запущенные с одной консоли (или виртуального терминала), распадаются на две группы: те, которых оболочка ждет, — они взаимодействуют с пользователем, занимая консоль, — и те, после запуска которых с пользователем взаимодействует сама оболочка (консоль свободна). Эти группы называются передним и задним планами.

Чтобы запустить процесс на заднем плане (в фоновом или асинхронном режиме), нужно завершить командную строку управляющим оператором &.

 

Категории процессов

Процессы делятся на три категории: Системные. Они порождаются ядром особым образом в процессе загрузки и выполняют системные функции (например, планирование процессов или смену страниц виртуальной памяти). Выполняемая ими программа берется не из исполняемого файла, а является частью ядра. Пользовательские. Как правило, они порождаются во время сеанса работы пользователя и связаны с терминалом. Если пользовательский процесс работает в интерактивном режиме, то он захватывает терминал в монопольное владение и, пока он не завершится, пользователь не имеет доступа к командной строке на этом терминале. Пользовательские процессы могут работать также в фоновом режиме, освободив командную строку. Демоны. Запускаются после инициализации ядра. Выполняются в фоновом режиме, не связаны ни с одним пользователем, обеспечивают работу различных служб (например, управление сетью). Главным демоном считается init — процесс инициализации системы.

Механизм сигналов — это средство, позволяющее сообщать процессам о некоторых событиях в системе, а процессу-получателю — должным образом на эти сообщения реагировать. Послать сигнал может сам процесс (например, при попытке деления на ноль), ядро (при сбое оборудования), пользователь или другой процесс (требуя прервать выполнение задачи). Пользователь может послать сигнал процессу с идентификатором PID командой

kill <PID> - удаление процесса по его идентификатору. killall <имя процесса>- удаление процесса по его имени.