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-rw-r--r-- 1 yas prof 26 Dec 7 06:35 hello.rb
$ cat hello.rb
printf("hello, world!\n")
$ ruby hello.rb
hello, world!
$ ![[]](../icons/screen-cursor.gif){kind=icon}
2013年12月26日
情報科学類 オペレーティングシステム II
筑波大学 システム情報工学研究科
コンピュータサイエンス専攻, 電子・情報工学系
新城 靖
<yas@cs.tsukuba.ac.jp>
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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/os2-2013/2013-12-26
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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/
http://www.cs.tsukuba.ac.jp/~yas/
Robert Love: "Linux Kernel Development", Addison-Wesley Professional (2010). ISBN-13: 9780672329463
Claudia Salzberg Rodriguez, Gordon Fischer, and Steven Smolski: "The Linux Kernel Primer: A Top-Down Approach for x86 and PowerPC Architectures", Prentice Hall (2005). ISBN-10: 0131181637
Daniel P. Bovet, Marco Cesati 著, 高橋 浩和 (監訳), 杉田 由美子, 清水 正明 , 高杉 昌督 , 平松 雅巳 , 安井 隆宏(訳) \詳解 Linuxカーネル 第3版 オライリー・ジャパン (2007). ISBN-13: 978-4873113135
Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, Greg Kroah-Hartman (著), 山崎 康宏 , 山崎 邦子 , 長原 宏治 , 長原 陽子(訳): "Linuxデバイスドライバ", オライリージャパン (2005). ISBN-13: 978-4873112534
$ ls -l hello.rb
-rw-r--r-- 1 yas prof 26 Dec 7 06:35 hello.rb
$ cat hello.rb
printf("hello, world!\n")
$ ruby hello.rb
hello, world!
$
Ruby 言語のインタプリタ自身は、C 言語で記述されている。
図? メタレベルのプログラミング
プログラム「hello.rb」の動きを変更する方法
$ ls -l hello.c
-rw-r--r-- 1 yas prof 44 Dec 7 06:25 hello.c
$ cat hello.c
main()
{
printf("hello, %s!\n","world");
}
$ cc hello.c -o hello
$ ./hello
hello, world!
$
図? メタレベルのプログラムとしてのOSカーネル
プログラム「hello.c」の動きを変更する方法OSカーネル自身は、普通は、ハードウェアによるインタプリタ(CPU、入出力)で 実行される。インタフェースは、機械語命令や入出力機器への操作。
OSカーネルへのインタフェースは、システム・コール。 == OSカーネルは、システム・コールのインタプリタ。
図? OSの構造
プログラム・コードの場所システムコールの例：
システムコールとライブラリの見分け方（Unix編）
同じUnix系OSでも、細かい所でシステム・コールとライブラリが入れ替わって いることもある。
システム・コールは、トラップ命令（trap instruction）を含む。 その部分は、アセンブリ言語。
ライブラリ関数は、大部分はＣ言語で書かれている。 printf() のソース・プログラムがある。
Ｃ言語で記述したプログラムは、文法さえあっていれば コンパイルはできる。 ライブラリ関数やシステムコールがないと動作しない。
動的リンクを行う時には、共有ライブラリ(shared library) を使い、メモリの節約をする。
Microsoft Windows では、システムコールとライブラリの区別が希薄。 Win32 API。3000以上。 Unix のシステムコールは、300程度。
main()
{
printf("hello, %s!\n","world");
}
$ ls hello*
hello.c
$ make hello
cc hello.c -o hello
hello.c: In function 'main':
hello.c:3: warning: incompatible implicit declaration of built-in function 'printf'
$ ./hello
hello, world!
$ gcc -S hello.c
hello.c: In function 'main':
hello.c:3: warning: incompatible implicit declaration of built-in function 'printf'
$ ls hello*
hello hello.c hello.s
$
gcc -S file.c」で、通常は削除されるアセンブリ言語の出力が
残される。
.file "hello.c" .section .rodata .LC0: .string "world" .LC1: .string "hello, %s!\n" .text .globl main .type main, @function main: leal 4(%esp), %ecx andl $-16, %esp pushl -4(%ecx) pushl %ebp movl %esp, %ebp pushl %ecx subl $20, %esp movl $.LC0, 4(%esp) movl $.LC1, (%esp) call printf addl $20, %esp popl %ecx popl %ebp leal -4(%ecx), %esp ret .size main, .-main .ident "GCC: (GNU) 4.1.2 20080704 (Red Hat 4.1.2-48)" .section .note.GNU-stack,"",@progbits
＜省略＞
28: int
29: __printf (const char *format, ...)
30: {
31: va_list arg;
32: int done;
33:
34: va_start (arg, format);
35: done = vfprintf (stdout, format, arg);
36: va_end (arg);
37:
38: return done;
39: }
＜省略＞
42: ldbl_strong_alias (__printf, printf);
PRINTF(3) Linux Programmer's Manual PRINTF(3)
NAME
printf, fprintf, sprintf, snprintf, vprintf, vfprintf, vsprintf,
vsnprintf - formatted output conversion
SYNOPSIS
...
int printf(const char *format, ...);
int fprintf(FILE *stream, const char *format, ...);
...
int vfprintf(FILE *stream, const char *format, va_list ap);
...
DESCRIPTION
...
The functions vprintf(), vfprintf(), vsprintf(), vsnprintf() are equiv-
alent to the functions printf(), fprintf(), sprintf(), snprintf(),
respectively, except that they are called with a va_list instead of a
variable number of arguments. These functions do not call the va_end
macro. Consequently, the value of ap is undefined after the call. The
application should call va_end(ap) itself afterwards.
...
WRITE(2) Linux Programmer's Manual WRITE(2)
NAME
write - write to a file descriptor
SYNOPSIS
#include <unistd.h>
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
DESCRIPTION
write() writes up to count bytes to the file referenced by the file
descriptor fd from the buffer starting at buf. POSIX requires that a
read() which can be proved to occur after a write() has returned
returns the new data. Note that not all file systems are POSIX con-
forming.
RETURN VALUE
On success, the number of bytes written are returned (zero indicates
nothing was written). On error, -1 is returned, and errno is set
appropriately. If count is zero and the file descriptor refers to a
regular file, 0 may be returned, or an error could be detected. For a
special file, the results are not portable.
ERRORS
EAGAIN Non-blocking I/O has been selected using O_NONBLOCK and the
write would block.
EBADF fd is not a valid file descriptor or is not open for writing.
...
push %ebx # ebxレジスタの内容をスタックへ退避 mov 0x10(%esp),%edx # 第3引数をレジスタ edx へ mov 0xc(%esp),%ecx # 第2引数をレジスタ ecx へ mov 0x8(%esp),%ebx # 第1引数をレジスタ ebx へ mov $0x4,%eax # システム・コールの番号 eax へ int $0x80 # トラップ命令。カーネルへ制御を移す。 pop %ebx # ebxレジスタの内容を回復 cmp $0xfffff001,%eax # エラーが起きたら jae __syscall_error # __syscall_errorへジャンプ (errno等の保存) ret
http://kernel.org/ に保存されている。
展開の仕方
$ bzip2 -d < linux-X.Y.Z.tar.bz2 | tar xf -
$ xz -d < linux-X.Y.Z.tar.xz | tar xf -
2.6 以前には、2.4, 2.2, 2.0 等が広く使われた。 ~yas/os2/linux-3.12.6 に展開したものがある。
| ディレクトリ | 説明 |
|---|---|
| Documentation | ドキュメント |
| arch | アーキテクチャ依存 |
| block | ブロック入出力層 |
| crypto | 暗号化 |
| drivers | デバイス・ドライバ |
| firmware | ファームウェア |
| fs | VFS(Virtual File System)とファイル・システム |
| include | カーネル用のヘッダ・ファイル |
| init | 起動と初期化(initialization) |
| ipc | プロセス間通信(interprocess communication) |
| kernel | カーネルの中心部分 |
| lib | ヘルパ |
| mm | メモリ管理(memory management) |
| net | ネットワーク |
| samples | サンプルコード |
| scripts | カーネルのコンパイルに必要なスクリプト |
| security | Lnux Security Module |
| sound | サウンド・サブシステム |
| tools | カーネル開発用のツール |
| usr | 起動直後にユーザ空間で実行されるプログラム(initramfs) |
| virt | 仮想化インフラ |
linux-3.12.6/arch-x86-include-generated-asm-syscalls_32.h (自動生成されたもの)
linux-3.12.6/arch/x86/include/generated/uapi/asm/unistd_32.h ... 4: #define __NR_restart_syscall 0 5: #define __NR_exit 1 6: #define __NR_fork 2 7: #define __NR_read 3 8: #define __NR_write 4 9: #define __NR_open 5 10: #define __NR_close 6 11: #define __NR_waitpid 7 12: #define __NR_creat 8 13: #define __NR_link 9 14: #define __NR_unlink 10 15: #define __NR_execve 11 16: #define __NR_chdir 12 ... 349: #define __NR_kcmp 349 350: #define __NR_finit_module 350
linux-3.12.6/arch/x86/kernel/syscall_32.c
12: #define __SYSCALL_I386(nr, sym, compat) [nr] = sym,
13:
14: typedef asmlinkage void (*sys_call_ptr_t)(void);
15:
16: extern asmlinkage void sys_ni_syscall(void);
17:
18: __visible const sys_call_ptr_t sys_call_table[__NR_syscall_max+1] = {
19: /*
20: * Smells like a compiler bug -- it doesn't work
21: * when the & below is removed.
22: */
23: [0 ... __NR_syscall_max] = &sys_ni_syscall,
24: #include <asm/syscalls_32.h>
25: };
linux-3.12.6/arch/x86/include/generated/asm/syscalls_32.h
1: __SYSCALL_I386(0, sys_restart_syscall, sys_restart_syscall)
2: __SYSCALL_I386(1, sys_exit, sys_exit)
3: __SYSCALL_I386(2, sys_fork, stub32_fork)
4: __SYSCALL_I386(3, sys_read, sys_read)
5: __SYSCALL_I386(4, sys_write, sys_write)
6: __SYSCALL_I386(5, sys_open, compat_sys_open)
7: __SYSCALL_I386(6, sys_close, sys_close)
8: __SYSCALL_I386(7, sys_waitpid, sys32_waitpid)
9: __SYSCALL_I386(8, sys_creat, sys_creat)
10: __SYSCALL_I386(9, sys_link, sys_link)
11: __SYSCALL_I386(10, sys_unlink, sys_unlink)
12: __SYSCALL_I386(11, sys_execve, stub32_execve)
13: __SYSCALL_I386(12, sys_chdir, sys_chdir)
...
328: __SYSCALL_I386(349, sys_kcmp, sys_kcmp)
329: __SYSCALL_I386(350, sys_finit_module, sys_finit_module)
sys_ で始まる。
ユーザ空間のシステム・コールと紛れないようにするため。
例: ユーザの write() システム・コールは、カーネル内の
sys_write() という関数で処理される。
sys_call_ptr_t sys_call_table[__NR_syscall_max+1];
...
{
long n = システム・コールの番号;
long f = sys_call_table[n];
(*f)( 引数0, 引数1, 引数2 ); // 関数と思って呼ぶ
}
linux-3.12.6/fs/read_write.c
514: SYSCALL_DEFINE3(write, unsigned int, fd, const char __user *, buf,
515: size_t, count)
516: {
517: struct fd f = fdget(fd);
518: ssize_t ret = -EBADF;
519:
520: if (f.file) {
521: loff_t pos = file_pos_read(f.file);
522: ret = vfs_write(f.file, buf, count, &pos);
523: if (ret >= 0)
524: file_pos_write(f.file, pos);
525: fdput(f);
526: }
527:
528: return ret;
529: }
この定義は、以下のように展開される。
asmlinkage long sys_write(unsigned int fd, const char __user *buf,
size_t count)
{
省略
}
E で始
まる名前（マクロ）が付けられている。
定義は、
<errno.h> (include/uapi/asm-generic/errno-base.h) 等に含まれてい
る。
sys_xxx() は、成功すると
正の値を返す。
エラーが発生すると、カーネル内では、エラー
番号を負の値にしたものを返す。
errno を見ると分かる。
(マルチスレッドのプログラムでは、スレッド固有データ)
x86-32 では、__syscall_error という手続きが
レジスタにあるエラー番号を グローバル変数 errno に
セットする。
write()システム・コール(ユーザ空間)
参照。
linux-3.12.6/include/uapi/asm-generic/errno-base.h ... 4: #define EPERM 1 /* Operation not permitted */ 5: #define ENOENT 2 /* No such file or directory */ 6: #define ESRCH 3 /* No such process */ 7: #define EINTR 4 /* Interrupted system call */ 8: #define EIO 5 /* I/O error */ 9: #define ENXIO 6 /* No such device or address */ 10: #define E2BIG 7 /* Argument list too long */ 11: #define ENOEXEC 8 /* Exec format error */ 12: #define EBADF 9 /* Bad file number */ 13: #define ECHILD 10 /* No child processes */ 14: #define EAGAIN 11 /* Try again */ 15: #define ENOMEM 12 /* Out of memory */ 16: #define EACCES 13 /* Permission denied */ ...
linux-3.12.6/include/linux/syscalls.h 170: #define SYSCALL_DEFINE0(sname) \ 171: SYSCALL_METADATA(_##sname, 0); \ 172: asmlinkage long sys_##sname(void) 173: 174: #define SYSCALL_DEFINE1(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(1, _##name, __VA_ARGS__) 175: #define SYSCALL_DEFINE2(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(2, _##name, __VA_ARGS__) 176: #define SYSCALL_DEFINE3(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(3, _##name, __VA_ARGS__) 177: #define SYSCALL_DEFINE4(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(4, _##name, __VA_ARGS__) 178: #define SYSCALL_DEFINE5(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(5, _##name, __VA_ARGS__) 179: #define SYSCALL_DEFINE6(name, ...) SYSCALL_DEFINEx(6, _##name, __VA_ARGS__) 180: 181: #define SYSCALL_DEFINEx(x, sname, ...) \ ... 183: __SYSCALL_DEFINEx(x, sname, __VA_ARGS__) ... 186: #define __SYSCALL_DEFINEx(x, name, ...) \ 187: asmlinkage long sys##name(__MAP(x,__SC_DECL,__VA_ARGS__)); \ ... 99: #define __SC_DECL(t, a) t aSYSCALL_DEFINEn マクロにより、システム・コールを処理する関 数が定義される。
sys_」 というプレフィックスが付けられる。
##」 は、Cプリプロセッサの命令で、文字列の結合を意味する。
図? hello world プログラムでのシステム・コールの実行
$ strace ./hello
execve("./hello", ["./hello"], [/* 38 vars */]) = 0
brk(0) = 0x83a3000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
open("/etc/ld.so.cache", O_RDONLY) = 3
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=169180, ...}) = 0
mmap2(NULL, 169180, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0xb7f67000
close(3) = 0
open("/lib/libc.so.6", O_RDONLY) = 3
read(3, "\177ELF\1\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0\3\0\1\0\0\0\340_\222\0004\0\0\0"..., 512) = 512
fstat64(3, {st_mode=S_IFREG|0755, st_size=1689640, ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7f66000
mmap2(0x910000, 1410500, PROT_READ|PROT_EXEC, MAP_PRIVATE|MAP_DENYWRITE, 3, 0) = 0x910000
mmap2(0xa63000, 12288, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_DENYWRITE, 3, 0x152) = 0xa63000
mmap2(0xa66000, 9668, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_FIXED|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xa66000
close(3) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7f65000
set_thread_area({entry_number:-1 -> 6, base_addr:0xb7f656c0, limit:1048575, seg_32bit:1, contents:0, read_exec_only:0, limit_in_pages:1, seg_not_present:0, useable:1}) = 0
mprotect(0xa63000, 8192, PROT_READ) = 0
mprotect(0x83d000, 4096, PROT_READ) = 0
munmap(0xb7f67000, 169180) = 0
fstat64(1, {st_mode=S_IFCHR|0620, st_rdev=makedev(136, 1), ...}) = 0
mmap2(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0xb7f90000
write(1, "hello, world!\n", 14hello, world!
) = 14
exit_group(14) = ?
$
$ ./hello
hello, world!
$ ltrace ./hello
__libc_start_main(0x80483a4, 1, 0xbf8d3764, 0x80483f0, 0x80483e0
printf("hello, %s!\n", "world"hello, world!
) = 14
+++ exited (status 14) +++
$
$ gdb hello
省略
(gdb) b main # ブレークポイントの設定
Breakpoint 1 at 0x80483b2
(gdb) r # 実行
Starting program: 省略/hello
Breakpoint 1, 0x080483b2 in main ()
(gdb) b write # ブレークポイントの設定
Breakpoint 2 at 0x9d2b80
(gdb) c # 実行継続
Continuing.
Breakpoint 2, 0x009d2b80 in write () from /lib/libc.so.6
(gdb) bt # バックトレース
#0 0x009d2b80 in write () from /lib/libc.so.6
省略
#6 0x0094c271 in vfprintf () from /lib/libc.so.6
#7 0x00955e83 in printf () from /lib/libc.so.6
#8 0x080483c9 in main ()
(gdb) c # 実行継続
Continuing.
hello, world!
Program exited with code 016.
(gdb)
| 状態 | 説明 |
|---|---|
| 新規(New) | プロセスが作られつつある。 |
| 実行待ち(Ready) | CPUがあれば実行できるが CPU がないので実行されていない。CPUが割り当てられるのを待っている。 |
| 実行中(Running) | CPUが実際に割り当てられ、実行されている。 |
| 待機中(Waiting、Blocked) | プロセスが、I/Oの完了やシグナルの受信といった事象(event)が 起きてるのを待っている。 |
| 終了(Terminated) | プロセスが実行を終えた。 |
図? プロセスの５状態
スレッドとは、１つのプロセス（のアドレス空間）の内部にふくまれている論 理的な並列処理の単位。
| 表示 | 説明 |
| STAT | State。状態。 |
| PID | Process ID。プロセス1つ1つに重複ないように(unique)割り当てた番号。 |
| PPID | Parent PID。親プロセスのPID。 |
| UID | User ID。プロセスを生成した利用者の識別子。 |
$ ps l
F UID PID PPID PRI NI VSZ RSS WCHAN STAT TTY TIME COMMAND
0 1013 24099 24098 15 0 88428 2800 wait Ss pts/1 0:00 -bash
0 1013 24754 24099 17 0 7836 2092 finish T pts/1 0:00 nm /usr/l
0 1013 24755 24099 15 0 65804 896 finish T pts/1 0:00 lv
0 1013 24798 24099 17 0 63480 796 - R+ pts/1 0:00 ps l
$
/proc/PID; cat /proc/PID/status
1: /*
2: fork-pid.c -- fork() して画面に pid を表示するプログラム
3: ~yas/syspro/proc/fork-pid.c
4: Created on: 2010/12/13 21:19:17
5: */
6:
7: #include <sys/types.h> /* getpid(), getppid() */
8: #include <unistd.h> /* getpid(), getppid() */
9: #include <stdio.h>
10:
11: main()
12: {
13: pid_t pid;
14: fork();
15: pid = getpid();
16: printf("pid=%d\n", pid );
17: }
$ make fork-pid
cc fork-pid.c -o fork-pid
$ ./fork-pid
pid=1005
pid=1006
$ ./fork-pid
pid=1011
pid=1012
$
図? fork()によるプロセス生成と getpid()
1: /*
2: proc-pid-ppid.c -- 画面に pid と ppid を表示するプログラム
3: ~yas/syspro/proc/proc-pid-ppid.c
4: Created on: 2010/12/13 21:00:48
5: */
6:
7: #include <sys/types.h> /* getpid(), getppid() */
8: #include <unistd.h> /* getpid(), getppid() */
9: #include <stdio.h>
10:
11: main()
12: {
13: pid_t pid, ppid;
14: pid = getpid();
15: ppid = getppid();
16: printf("pid=%d, ppid=%d\n", pid, ppid );
17: }
$ make proc-pid-ppid
cc proc-pid-ppid.c -o proc-pid-ppid
$ echo $$
10771
$ ./proc-pid-ppid
pid=10873, ppid=10771
$ ./proc-pid-ppid
pid=10874, ppid=10771
$ ./proc-pid-ppid
pid=10875, ppid=10771
$
1: /*
2: fork-hello.c -- 画面に文字列を表示するプログラム
3: ~yas/syspro/proc/fork-hello.c
4: Start: 2001/05/13 23:19:01
5: */
6:
7: #include <stdio.h>
8:
9: main()
10: {
11: fork();
12: fork();
13: fork();
14: printf("hello\n");
15: }
$ make fork-hello
cc fork-hello.c -o fork-hello
$ ./fork-hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
hello
$
図? fork()システム・コールによるプロセスのコピー
Unixでは、全てのファイルやプロセスは、あるユーザの所有物である。 ファイルとプロセスには、UID が付加されている。
１人のユーザが複数のグループに属することができる。
$ id
uid=1013(yas) gid=510(prof) groups=20(games),510(prof),1020(c-admin),1065(c-spec),1150(tebiki)
$
1:
2: /*
3: id-simple.c -- a simple id command
4: Created on: 2009/12/07 22:16:23
5: */
6:
7: #include <unistd.h> /* getuid(), getgid(), getgroups() */
8: #include <sys/types.h> /* getuid(), getgid(), getgroups() */
9: #include <stdio.h> /* printf() */
10:
11: #define MAXNGROUPS 100
12:
13: main( int argc, char *argv[], char *envp[] )
14: {
15: uid_t uid ;
16: gid_t gid ;
17: gid_t groups[MAXNGROUPS];
18: int len, i;
19: uid = getuid();
20: gid = getgid();
21: len = getgroups(MAXNGROUPS,&groups[0]);
22: printf("uid=%d gid=%d groups=", uid, gid );
23: for( i=0; i<len; i++ )
24: printf("%d,", groups[i]);
25: printf("\n");
26: }
$ cc id-simple.c -o id-simple
$ ./id-simple
uid=1013 gid=510 groups=20,510,1020,1065,1150,
$
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/literacy-2013/2013-05-14/
http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/literacy-2013/2013-05-21/
Linux の特殊事情
linux-3.12.6/include/linux/sched.h
1023: struct task_struct {
1024: volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
...
1099: int exit_state;
1100: int exit_code, exit_signal;
...
1131: struct task_struct __rcu *real_parent; /* real parent process */
1132: struct task_struct __rcu *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */
...
1136: struct list_head children; /* list of my children */
1137: struct list_head sibling; /* linkage in my parent's children list */
1138: struct task_struct *group_leader; /* threadgroup leader */
...
1149: struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];
...
1182: const struct cred __rcu *cred; /* effective (overridable) subjective task
...
1184: char comm[TASK_COMM_LEN]; /* executable name excluding path
1185: - access with [gs]et_task_comm (which lock
1186: it with task_lock())
1187: - initialized normally by setup_new_exec */
...
1414: };
STAT の部分に現れる。
一般的に、プロセスは、
３つの状態を持つ。
Linux のプロセスの状態はもう少し多い。主に task_struct 構造体の stateと
いうフィールドでプロセスの状態を表ている。(補助的に task_struct の
exit_state も使う)。
linux-3.12.6/include/linux/sched.h 134: #define TASK_RUNNING 0 135: #define TASK_INTERRUPTIBLE 1 136: #define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 137: #define __TASK_STOPPED 4 138: #define __TASK_TRACED 8 139: /* in tsk->exit_state */ 140: #define EXIT_ZOMBIE 16 141: #define EXIT_DEAD 32 142: /* in tsk->state again */ 143: #define TASK_DEAD 64 144: #define TASK_WAKEKILL 128 145: #define TASK_WAKING 256 146: #define TASK_PARKED 512 147: #define TASK_STATE_MAX 1024 148: 149: #define TASK_STATE_TO_CHAR_STR "RSDTtZXxKWP"
| 一般的な状態 | Linuxの状態 | ps表示 | 説明 |
|---|---|---|---|
| 実行待ち(Ready) | TASK_RUNNING | R | 実行可能。CPU が割り当てられていれば実行中。 |
| 実行中(Running) | TASK_RUNNING | ||
| 待機中(Waiting、Blocked) | TASK_INTERRUPTIBLE | S | キーボードや他のプロセスからの入力を待っている。 |
| TASK_UNINTERRUPTIBLE | D | ディスク入出力などの完了を待っている。割り込み不可。 | |
| __TASK_STOPPED, __TASK_TRACED | T | 一時的に停止しているか、デバッグの対象になっている。 | |
| 終了(Terminated) | TASK_DEAD | Z | 既に終了していて、終了処理の完了を待ってる。 |
pids[] は、プロセス識別子を保持するための配列。いくつかの種類が
あるが、getpid(),getppid(),fork() に関連しているものは、0 番目
の pids[PIDTYPE_PID]。
pids[PIDTYPE_PID] は、pid_link 型で、内部にstruct pid を持つ。struct pid の中には、struct upid があり、その中には getpid() 等で用いる pid を 保持するフィールド nr がある。
linux-3.12.6/include/linux/pid.h
6: enum pid_type
7: {
8: PIDTYPE_PID,
...
12: };
50: struct upid {
...
52: int nr;
...
55: };
57: struct pid
58: {
...
62: struct hlist_head tasks[PIDTYPE_MAX];
...
65: };
69: struct pid_link
70: {
...
72: struct pid *pid;
73: };
図? プロセスの木構造
図? uid, gid, groups の保持方法
linux-3.12.6/include/linux/cred.h
29: #define NGROUPS_SMALL 32
...
32: struct group_info {
...
34: int ngroups;
...
36: kgid_t small_block[NGROUPS_SMALL];
...
38: };
102: struct cred {
...
111: kuid_t uid; /* real UID of the task */
112: kgid_t gid; /* real GID of the task */
...
137: struct group_info *group_info; /* supplementary groups for euid/fsgid */
...
139: };
linux-3.12.6/include/linux/uidgid.h
22: typedef struct {
23: uid_t val;
24: } kuid_t;
...
27: typedef struct {
28: gid_t val;
29: } kgid_t;
linux-3.12.6/include/linux/types.h
31: typedef __kernel_uid32_t uid_t;
32: typedef __kernel_gid32_t gid_t;
linux-3.12.6/include/uapi/asm-generic/posix_types.h
48: typedef unsigned int __kernel_uid32_t;
49: typedef unsigned int __kernel_gid32_t;
kuid_t は、uid をカーネル内で保持するための型。32 ビットのuid_t
(unsigned int) を保持するための構造体として定義されている。
(システム・コールの結果を返す所で、名前空間によるマッピングが行われることがある。)
直感的には、次のような大域変数があると思ってよい(実際には、CPUごとに異なる値を持つ)。
struct task_struct *current;
図? current変数によるtask_structの参照
linux-3.12.6/kernel/sys.c
810: SYSCALL_DEFINE0(getpid)
811: {
812: return task_tgid_vnr(current);
813: }
linux-3.12.6/include/linux/sched.h
1498: static inline pid_t task_tgid_vnr(struct task_struct *tsk)
1499: {
1500: return pid_vnr(task_tgid(tsk));
1501: }
1436: static inline struct pid *task_tgid(struct task_struct *task)
1437: {
1438: return task->group_leader->pids[PIDTYPE_PID].pid;
1439: }
linux-3.12.6/kernel/pid.c
509: pid_t pid_vnr(struct pid *pid)
510: {
511: return pid_nr_ns(pid, 省略);
512: }
495: pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, 省略)
496: {
497: struct upid *upid;
498: pid_t nr = 0;
501: upid = &pid->numbers[省略];
...
503: nr = upid->nr;
...
505: return nr;
506: }
linux-3.12.6/kernel/sys.c
827: SYSCALL_DEFINE0(getppid)
828: {
829: int pid;
...
832: pid = task_tgid_vnr(rcu_dereference(current->real_parent));
...
835: return pid;
836: }
currentのreal_parentを引数にして task_tgid_vnr() という関数を呼ぶ。
以降、getpid() と同じ。
rcu_dereference() の dereference は、ポインタが参照している先を取り出す ことを意味する。rcu は、read-copy update の省略形。マルチプロセッサで、 ポインタが変更される可能性がある時でも、ロックなしで読み込むことができ る。意味を考える時には、最初は rcu_dereference() を無視してよい。
$ pwd
/home/prof/yas/os2/linux-3.12.6
$ ls -l ID
-rw-r--r-- 1 yas prof 55798174 12 2 16:17 ID
$ lid chdir
chdir arch/powerpc/include/asm/systbl.h fs/open.c scripts/kconfig/confdata.c
tools/lguest/lguest.c tools/vm/slabinfo.c arch/parisc/hpux/sys_hpux.c arch/um/drivers/cow_user.c
tools/perf/util/run-command.c arch/ia64/kernel/fsys.S arch/parisc/kernel/syscall_table.S
$
$ gid chdir
arch/powerpc/include/asm/systbl.h:18:SYSCALL_SPU(chdir)
fs/open.c:380:SYSCALL_DEFINE1(chdir, const char __user *, filename)
scripts/kconfig/confdata.c:842: if (chdir("include/config"))
scripts/kconfig/confdata.c:936: if (chdir("../.."))
tools/lguest/lguest.c:2026: if (chdir("/") != 0)
tools/lguest/lguest.c:2027: err(1, "chdir(\"/\") failed");
tools/vm/slabinfo.c:1143: if (chdir("/sys/kernel/slab") && chdir("/sys/slab"))
tools/vm/slabinfo.c:1167: if (chdir(de->d_name))
tools/vm/slabinfo.c:1222: chdir("..");
arch/parisc/hpux/sys_hpux.c:493: "chdir",
arch/um/drivers/cow_user.c:158: if (chdir(from)) {
arch/um/drivers/cow_user.c:188: if (chdir(save_cwd)) {
tools/perf/util/run-command.c:100: if (cmd->dir && chdir(cmd->dir))
arch/ia64/kernel/fsys.S:609: data8 0 // chdir
arch/parisc/kernel/syscall_table.S:70: ENTRY_SAME(chdir)
$
$ gid gid_t |egrep typedef
include/linux/types.h:41:typedef __kernel_gid32_t gid_t;
include/linux/uidgid.h:47:typedef gid_t kgid_t;
$
情報科学類 オペレーティングシステムII 課題<n> 学籍番号 ________ 名前________ 提出日________
CHDIR(2) Linux Programmer's Manual CHDIR(2)
NAME
chdir, fchdir - change working directory
SYNOPSIS
#include <unistd.h>
int chdir(const char *path);
...
DESCRIPTION
chdir() changes the current working directory of the calling process to
the directory specified in path.
...
RETURN VALUE
On success, zero is returned. On error, -1 is returned, and errno is
set appropriately.
...
このシステム・コールを処理する関数がカーネルの中でどのように定義されて
いるか、その概略(引数と結果の宣言)を示しなさい。関数の内容は空でよい。
マクロを利用しても利用しなくてもどちらでもよい。
引数と結果の宣言
{
/*内容*/
}
1: #include <stdio.h>
2: #include <unistd.h>
3:
4: main() {
5: pid_t pid, ppid;
6: fork();
7: pid = getpid();
8: ppid = getppid();
9: printf("hello: (pid=%d,ppid=%d)\n",pid, ppid);
10: }
以下の空欄（空欄Ａ、空欄Ｂ、空欄Ｃ、空欄Ｄ）を埋めて、起こり得る結果を
1つ作りなさい。
$ echo $$
1001
$ ./fork-printf
hello: (pid=空欄Ａ,ppid=空欄Ｂ)
hello: (pid=空欄Ｃ,ppid=空欄Ｄ)
$
ただし、PID としては、1001,1002,1003,1004 の中から選びなさい。
なお、答えは１通りではない。
上のプログラムをコンパイルして実行した結果を参考にして、回答してもよい。 ただし、PID としては、実行結果のものをそのまま使うのではなく、指定され たものを使いなさい。
なお、実際の getuid() システム・コールの実装は、名前空間の導入により複 雑になっており、今日の授業の範囲を超えている。この課題では、実際のコー ドではなく、この授業の範囲内で答えなさい。（実際のコードをそのまま回答 しても、得点を与えない。）