Gestione dei processi

In questo capitolo si apprenderà come lavorare con i processi.

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Obiettivi : In questo capitolo, futuri amministratori Linux impareranno come:

Riconoscere il PID e il PPID di un processo;
Visualizzare e cercare processi;
Gestire i processi.

processi, linux

Conoscenza:
Complessità:

Tempo di lettura: 20 minuti

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Generalità

Un sistema operativo è costituito da processi. Questi processi vengono eseguiti in un ordine specifico e sono correlati. Ci sono due categorie di processi, quelli focalizzati sull'ambiente utente e quelli focalizzati sull'ambiente hardware.

Quando viene eseguito un programma, Il sistema creerà un processo posizionando i dati del programma e il codice in memoria e creando una runtime stack. Un processo è un'istanza di un programma con un ambiente di processore associato (contatore ordinale, registri, ecc.) e un ambiente di memoria.

Ogni processo ha:

• un PID: P*rocess ID*entifier, un identificatore di processo unico
• un PPID: P*arent Process ID*entifier, identificatore univoco del processo genitore

Da filiazioni successive, il processo init è il padre di tutti i processi.

• Un processo è sempre creato da un processo genitore
• Un processo genitore può avere più processi figlio

C'è una relazione genitore/figlio tra i processi. Un processo figlio è il risultato di un genitore che chiama la primitiva fork() e duplica il suo codice per creare un figlio. Il PID del processo figlio viene restituito al processo genitore in modo che possa comunicare. Ogni processo figlio ha l'identificatore del suo processo genitore, il PPID.

Il numero PID rappresenta il processo al momento dell'esecuzione. Al termine del processo, il numero è nuovamente disponibile per un altro processo. Eseguendo più volte lo stesso comando si otterrà ogni volta un PID diverso.!!! Note "Nota"

I processi non devono essere confusi con i _threads_. Ogni processo ha il suo contesto di memoria (risorse e spazio degli indirizzi), mentre i _thread_ dello stesso processo condividono questo contesto.

Visualizzazione dei processi

Il comando ps visualizza lo stato dei processi in esecuzione.

ps [-e] [-f] [-u login]

Esempio:

# ps -fu root

Opzione	Descrizione
-e	Visualizza tutti i processi.
-f	Visualizza ulteriori informazioni.
-u login	Visualizza i processi dell'utente.

Alcune opzioni aggiuntive:

Opzione	Descrizione
-g	Visualizza i processi nel gruppo.
-t tty	Visualizza i processi in esecuzione dal terminale.
-p PID	Visualizza le informazioni del processo.
-H	Visualizza le informazioni in una struttura ad albero.
-I	Visualizza ulteriori informazioni.
--sort COL	Ordina il risultato secondo una colonna.
--headers	Visualizza l'intestazione di ogni pagina del terminale.
--format "%a %b %c"	Personalizza il formato di visualizzazione dell'uscita.

Senza un'opzione specificata, il comando ps visualizza solo i processi in esecuzione sul terminale corrente.

Il risultato viene visualizzato nelle seguenti colonne:

# ps -ef
UID  PID PPID C STIME  TTY TIME      CMD
root 1   0    0 Jan01  ?   00:00/03  /sbin/init

Colonna	Descrizione
UID	Utente proprietario.
PID	Identificatore di processo.
PPID	Identificatore del processo genitore.
C	Priorità del processo.
STIME	Data e ora di esecuzione.
TTY	Terminale di esecuzione.
TIME	Durata di elaborazione.
CMD	Comando eseguito.

Il comportamento del controllo può essere completamente personalizzato:

# ps -e --format "%P %p %c %n" --sort ppid --headers
 PPID   PID COMMAND          NI
    0     1 systemd           0
    0     2 kthreadd          0
    1   516 systemd-journal   0
    1   538 systemd-udevd     0
    1   598 lvmetad           0
    1   643 auditd           -4
    1   668 rtkit-daemon      1
    1   670 sssd              0

Tipi di processi

Il processo dell'utente:

• è iniziato da un terminale associato a un utente
• accede alle risorse tramite richieste o daemons

Il processo di sistema (daemon):

• è iniziato dal sistema
• non è associato a nessun terminale, ed è di proprietà di un utente di sistema (spesso root);
• è caricato al momento dell'avvio, risiede in memoria, e sta aspettando una chiamata
• è solitamente identificato dalla lettera d associato al nome del processo

I processi di sistema sono quindi chiamati daemons (Disk And Execution MONitor)

Autorizzazioni e diritti

Le credenziali dell'utente vengono passate al processo creato quando viene eseguito un comando.

Per impostazione predefinita., l'attuale UID e GID (del processo) sono quindi identici al effettivo UID e GID (il UID e GID dell'utente che ha eseguito il comando).

Quando un SUID (e/o SGID) è impostato su un comando, l'attuale UID (e/o GID) diventa quello del proprietario (e/o gruppo proprietario) del comando e non più quello dell'utente o del gruppo di utenti che ha emesso il comando. Effettivo e reale UIDs sono quindi differenti.

Ogni volta che si accede a un file, il sistema controlla i diritti del processo in base ai suoi effettivi identificatori.

Gestione dei processi

Un processo non può essere eseguito indefinitamente, perchè questo sarebbe a discapito di altri processi in esecuzione e impedirebbe il multitasking.

Pertanto, il tempo di elaborazione totale disponibile viene suddiviso in piccoli intervalli e ogni processo (con una priorità) accede al processore in modo sequenziale. Il processo prenderà diversi stati durante la sua vita tra gli stati:

• pronto: in attesa della disponibilità del processo
• in esecuzione: accede al processore
• sospeso: aspettando un I/O (input/output);
• fermato: aspettando un segnale da un altro processo
• zombie: richiesta di distruzione
• morto: il padre del processo chiude il suo processo figlio

La sequenza di chiusura del processo è la seguente:

1. Chiusura dei file aperti
2. Rilascio della memoria usata
3. Invio di un segnale ai processi genitore e figlio

Quando un genitore termina, i suoi figli diventano orfani. Vengono quindi adottati dal processo init, che provvederà a distruggerli.

La priorità di un processo

Linux appartiene alla famiglia dei sistemi operativi a condivisione di tempo. I processori lavorano in time-sharing e ogni processo occupa una parte del tempo del processore. I processi vengono classificati per priorità:

• Processo in tempo reale: il processo con priorità 0-99 è programmato dall'algoritmo di schedulazione in tempo reale.
• Processi ordinari: i processi con priorità dinamiche da 100-139 sono programmati utilizzando un algoritmo di schedulazione completamente equo.
• Valore di nice: parametro utilizzato per regolare la priorità di un processo ordinario. L'intervallo è -20-19.

La priorità predefinita di un processo è 0.

Modalità di funzionamento

I processi possono essere eseguiti in due modi:

• sincrona: l'utente perde l'accesso alla shell durante l'esecuzione del comando. Il prompt dei comandi riappare alla fine dell'esecuzione del processo.
• asincrona: il processo viene elaborato in background. Il prompt dei comandi viene visualizzato di nuovo immediatamente.

I vincoli della modalità asincrona:

• il comando o lo script non devono attendere l'input della tastiera
• il comando o lo script non devono restituire alcun risultato sullo schermo
• lasciare che la shell termini il processo

Controlli per la gestione dei processi

comando kill

Il comando kill invia un segnale di arresto a un processo.

kill [-signal] PID

Esempio:

kill -9 1664

Codice	Segnale	Descrizione
2	SIGINT	Arresto immediato del processo
9	SIGKILL	Interruzione del processo (Ctrl+D)
15	SIGTERM	Arresto pulito del processo
18	SIGCONT	Riprendere il processo
19	SIGSTOP	Sospendere il processo

I segnali sono i mezzi di comunicazione tra i processi. Il comando kill invia un segnale a un processo.

Suggerimento

L'elenco completo dei segnali presi in considerazione dal comando kill è disponibile digitando il comando :

$ man 7 signal

comando nohup

nohup consente il lancio di un processo indipendentemente da una connessione.

comando nohup

Esempio:

nohup myprogram.sh 0</dev/null &

nohup ignora il segnale SIGHUP inviato quando un utente si disconnette.

Domanda

nohup gestisce l'output e l'error standard ma non l'input standard, da cui il reindirizzamento di questo input a /dev/null.

[CTRL] + [Z]

Premendo la combinazione Ctrl+Z contemporaneamente, il processo sincrono è temporaneamente sospeso. L'accesso al prompt viene ripristinato dopo aver visualizzato il numero del processo che è stato appena sospeso.

istruzione &

La dichiarazione & esegue il comando in modo asincrono (il comando viene quindi chiamato job) e visualizza il numero di job. L'accesso al prompt viene quindi restituito.

Esempio:

$ time ls -lR / > list.ls 2> /dev/null &
[1] 15430
$

Il numero di job si ottiene durante l'elaborazione in background e viene visualizzato tra parentesi quadre, seguito dal numero PID.

comandi fg e bg

Il comando fg mette il processo in primo piano:

$ time ls -lR / > list.ls 2>/dev/null &
$ fg 1
time ls -lR / > list.ls 2/dev/null

mentre il comando bg lo colloca in background:

[CTRL]+[Z]
^Z
[1]+ Stopped
$ bg 1
[1] 15430
$

Sia che sia stato messo in secondo piano quando è stato creato con l'argomento & o successivamente con i tasti Ctrl+Z, un processo può essere riportato in primo piano con il comando fg e il suo numero di job.

comando jobs

Il comando jobs visualizza l'elenco dei processi in esecuzione in background e specifica il loro numero di lavoro.

Esempio:

$ jobs
[1]- Running    sleep 1000
[2]+ Running    find / > arbo.txt

Le colonne rappresentano:

1. numero di lavoro

2. l'ordine di esecuzione dei processi:

3. un + : Il processo selezionato per impostazione predefinita per i comandi fg e bg quando non viene specificato un numero di processo

4. a - : Questo processo è il processo successivo che prende il +

5. Running (processo in esecuzione) o Stopped (processo sospeso)

6. il comando

comandi nice e renice

Il comando nice consente l'esecuzione di un comando specificando la sua priorità.

comando nice priority

Esempio:

nice -n+15 find / -name "file"

A differenza di root, un utente standard può solo ridurre la priorità di un processo. Saranno accettati solo valori tra +0 e +19.

Suggerimento

Quest'ultima limitazione può essere eliminata per utente o per gruppo modificando il file /etc/security/limits.conf.

Il comando renice ti consente di modificare la priorità di un processo di esecuzione.

renice priority [-g GID] [-p PID] [-u UID]

Esempio:

renice +15 -p 1664

Opzione	Descrizione
-g	GID del gruppo proprietario del processo.
-p	PID del processo.
-u	UID del proprietario del processo.

Il comando renice agisce sui processi già in esecuzione. È quindi possibile modificare la priorità di un processo specifico, ma anche di diversi processi appartenenti a un utente o un gruppo.

Suggerimento

Il comando pidof, associato al comando xargs (vedi il corso Comandi avanzati), permette di applicare una nuova priorità in un singolo comando:

$ pidof sleep | xargs renice 20

comando top

Il comando top visualizza i processi e il loro consumo di risorse.

$ top
PID  USER PR NI ... %CPU %MEM  TIME+    COMMAND
2514 root 20 0       15    5.5 0:01.14   top

Colonna	Descrizione
PID	Identificatore del processo.
USER	Utente proprietario.
PR	Priorità del processo.
NI	Valore di Nice.
%CPU	Carico del processore.
%MEM	Carico di memoria.
TIME+	Tempo di utilizzo del processore.
COMMAND	Comando eseguito.

Il comando top permette di controllare i processi in tempo reale e in modalità interattiva.

comandi pgrep e pkill

Il comando pgrep cerca i processi in esecuzione per un nome di processo e visualizza il PID che soddisfa i criteri di selezione sull'output standard.

Il comando pkill invia a ogni processo il segnale specificato (per impostazione predefinita SIGTERM).

pgrep process
pkill [option] [-signal] process

Esempi:

• Ottenere il numero del processo da sshd:

pgrep -u root sshd

• Terminare tutti i processi di tomcat:

pkill tomcat

Nota

Prima di terminare un processo, è meglio sapere esattamente a cosa serve; in caso contrario, si possono verificare crash del sistema o altri problemi imprevedibili.

Oltre a inviare segnali ai processi interessati, il comando pkill può anche terminare la sessione di connessione dell'utente in base al numero di terminale, come ad esempio:

pkill -t pts/1

comando killall

La funzione di questo comando è più o meno la stessa del comando pkill. L'utilizzo è —killall [option] [ -s SIGNAL | -SIGNAL ] NAME. Il segnale predefinito è SIGTERM.

Opzioni	Descrizione
-l	elenca tutti i nomi dei segnali conosciuti
-i	chiede conferma prima di terminarlo
-I	corrispondenza del nome del processo senza distinzione tra maiuscole e minuscole

Esempio:

killall tomcat

comando pstree

Questo comando visualizza l'avanzamento in una struttura ad albero e il suo utilizzo è - pstree [opzione].

Opzione	Descrizione
-p	Visualizzare il PID del processo
-n	ordinare l'output per PID
-h	evidenziare il processo corrente e i suoi progenitori
-u	mostrare le transizioni uid

$ pstree -pnhu
systemd(1)─┬─systemd-journal(595)
           ├─systemd-udevd(625)
           ├─auditd(671)───{auditd}(672)
           ├─dbus-daemon(714,dbus)
           ├─NetworkManager(715)─┬─{NetworkManager}(756)
           │                     └─{NetworkManager}(757)
           ├─systemd-logind(721)
           ├─chronyd(737,chrony)
           ├─sshd(758)───sshd(1398)───sshd(1410)───bash(1411)───pstree(1500)
           ├─tuned(759)─┬─{tuned}(1376)
           │            ├─{tuned}(1381)
           │            ├─{tuned}(1382)
           │            └─{tuned}(1384)
           ├─agetty(763)
           ├─crond(768)
           ├─polkitd(1375,polkitd)─┬─{polkitd}(1387)
           │                       ├─{polkitd}(1388)
           │                       ├─{polkitd}(1389)
           │                       ├─{polkitd}(1390)
           │                       └─{polkitd}(1392)
           └─systemd(1401)───(sd-pam)(1404)

Processi orfani e processi zombie

processo orfano: Quando un processo genitore termina, i suoi figli sono detti orfani. Il processo di init adotta questi processi in stato speciale e la raccolta dello stato viene completata finché non vengono distrutti. Dal punto di vista concettuale, il processo di orfanizzazione non comporta alcun danno.

processo zombie: Dopo che un processo figlio ha completato il suo lavoro e viene terminato, il suo processo genitore deve chiamare la funzione di elaborazione del segnale wait() o waitpid() per ottenere lo stato di cessazione del processo figlio. Se il processo padre non lo fa, anche se il processo figlio è già uscito, conserva alcune informazioni sullo stato di uscita nella tabella dei processi di sistema. Poiché il processo padre non può ottenere le informazioni sullo stato del processo figlio, questi processi continueranno a occupare risorse nella tabella dei processi. I processi in questo stato vengono chiamati zombie.

Pericolo:

• Occupano le risorse del sistema e causano una riduzione delle prestazioni della macchina.
• Impossibile generare nuovi processi figli.

Come si può verificare la presenza di processi zombie nel sistema attuale?

ps -lef | awk '{print $2}' | grep Z

Questi caratteri possono comparire in questa colonna:

• D - sospensione ininterrotta (di solito IO)
• I - Thread del kernel inattivo
• R - in esecuzione o eseguibile (in coda di esecuzione)
• S - sospensione interrompibile (attesa del completamento di un evento)
• T - fermato dal segnale di controllo del lavoro
• t - interrotto dal debugger durante il tracciamento
• W - paging (non più valido dal kernel 2.6.xx)
• X - morto (non si dovrebbe mai vedere)
• Z - processo defunto ("zombie"), terminato ma non recuperato dal suo genitore