2010年12月14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@is.tsukuba.ac.jp>
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http://www.coins.tsukuba.ac.jp/~yas/coins/os2-2010/2010-12-14
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システム・コールの処理では、特権命令を必要とする。ライブラリ関数では、 普通は特権命令を使えない(必要な時にはシステム・コールを利用する)。
| 状態 | 説明 |
|---|---|
| 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 |
| Running | CPUが実際に割り当てられ、実行されている |
| Blocked (waiting) | I/O完了待ち、ネットワークやユーザからの入力待ち。 |
図? プロセスの３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 ![[←]](../icons/screen-return.gif)
F UID PID PPID PRI NI VSZ RSS WCHAN STAT TTY TIME COMMAND
0 1013 20591 20590 15 0 9224 2696 rt_sig Ss pts/1 0:00 -tcsh
0 1013 20761 20591 16 0 3724 904 finish T pts/1 0:00 nm /usr/lib/l
0 1013 20762 20591 16 0 2720 624 finish T pts/1 0:00 lv
0 1013 20795 20591 16 0 4256 628 - R+ pts/1 0:00 ps l
$ ![[]](../icons/screen-cursor.gif)
/proc の下に、カーネル内のデータを取り出すための疑似的なファイ
ルが存在する。特に、/proc/PID の下には、プロセス識別子
がPID のプロセスの情報が現れる。詳しくは、man procを見
なさい。
$ echo $$
23069
$ ls /proc/$$
attr cpuset fd maps numa_maps schedstat status
auxv cwd io mem oom_adj smaps task
cmdline environ limits mounts oom_score stat wchan
coredump_filter exe loginuid mountstats root statm
$ head -11 /proc/$$/status
Name: bash
State: S (sleeping)
SleepAVG: 98%
Tgid: 23069
Pid: 23069
PPid: 23068
TracerPid: 0
Uid: 1013 1013 1013 1013
Gid: 510 510 510 510
FDSize: 256
Groups: 20 510 1020 1065 1150
$
1: /*
2: fork-pid.c -- fork() して画面に pid を表示するプログラム
3: ~yas/syspro/proc/fork-pid.c
4: Created on: 2010/12/13 21:19:17
5: */
6:
7: #include <sys/types.h> /* getpid(), getppid() */
8: #include <unistd.h> /* getpid(), getppid() */
9: #include <stdio.h>
10:
11: main()
12: {
13: pid_t pid;
14: fork();
15: pid = getpid();
16: printf("pid=%d\n", pid );
17: }
$ make fork-pid
cc fork-pid.c -o fork-pid
$ ./fork-pid
pid=11041
pid=11040
$ ./fork-pid
pid=11042
pid=11043
$
1: /*
2: proc-pid-ppid.c -- 画面に pid と ppid を表示するプログラム
3: ~yas/syspro/proc/proc-pid-ppid.c
4: Created on: 2010/12/13 21:00:48
5: */
6:
7: #include <sys/types.h> /* getpid(), getppid() */
8: #include <unistd.h> /* getpid(), getppid() */
9: #include <stdio.h>
10:
11: main()
12: {
13: pid_t pid, ppid;
14: pid = getpid();
15: ppid = getppid();
16: printf("pid=%d, ppid=%d\n", pid, ppid );
17: }
$ make proc-pid-ppid
cc proc-pid-ppid.c -o proc-pid-ppid
$ echo $$
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-2010/2010-05-11/
Linux の特殊事情
1163: struct task_struct {
1164: volatile long state; /* -1 unrunnable, 0 runnable, >0 stopped */
...
1224: int exit_state;
...
1251: struct task_struct *real_parent; /* real parent process */
1252: struct task_struct *parent; /* recipient of SIGCHLD, wait4() reports */
1253: /*
1254: * children/sibling forms the list of my natural children
1255: */
1256: struct list_head children; /* list of my children */
1257: struct list_head sibling; /* linkage in my parent's children list */
1258: struct task_struct *group_leader; /* threadgroup leader */
...
1268: /* PID/PID hash table linkage. */
1269: struct pid_link pids[PIDTYPE_MAX];
1270: struct list_head thread_group;
...
1290: /* process credentials */
1291: const struct cred *real_cred; /* objective and real subjective task
1292: * credentials (COW) */
1293: const struct cred *cred; /* effective (overridable) subjective task
1294: * credentials (COW) */
...
1300: char comm[TASK_COMM_LEN]; /* executable name excluding path
1301: - access with [gs]et_task_comm (which lock
1302: it with task_lock())
1303: - initialized normally by setup_new_exec */
...
1497: };
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)。
include/linux/sched.h 182: #define TASK_RUNNING 0 183: #define TASK_INTERRUPTIBLE 1 184: #define TASK_UNINTERRUPTIBLE 2 185: #define __TASK_STOPPED 4 186: #define __TASK_TRACED 8 187: /* in tsk->exit_state */ 188: #define EXIT_ZOMBIE 16 189: #define EXIT_DEAD 32 190: /* in tsk->state again */ 191: #define TASK_DEAD 64 192: #define TASK_WAKEKILL 128 193: #define TASK_WAKING 256 194: #define TASK_STATE_MAX 512
| 一般的な状態 | Linuxの状態 | ps表示 | 説明 |
| Ready | TASK_RUNNING | R | 実行可能。CPU が割り当てられていれば実行中。 |
| Running | TASK_RUNNING | ||
| 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。 | |
| 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。
include/linux/pid.h
50: struct upid {
...
52: int nr;
...
55: };
57: struct pid
58: {
...
64: struct upid numbers[1];
65: };
...
69: struct pid_link
70: {
...
72: struct pid *pid;
73: };
図? プロセスの木構造
図? UIDの保存方法
include/linux/cred.h
25: /*
26: * COW Supplementary groups list
27: */
28: #define NGROUPS_SMALL 32
29: #define NGROUPS_PER_BLOCK ((unsigned int)(PAGE_SIZE / sizeof(gid_t)))
30:
31: struct group_info {
32: atomic_t usage;
33: int ngroups;
34: int nblocks;
35: gid_t small_block[NGROUPS_SMALL];
36: gid_t *blocks[0];
37: };
...
116: struct cred {
117: atomic_t usage;
118: #ifdef CONFIG_DEBUG_CREDENTIALS
119: atomic_t subscribers; /* number of processes subscribed */
120: void *put_addr;
121: unsigned magic;
122: #define CRED_MAGIC 0x43736564
123: #define CRED_MAGIC_DEAD 0x44656144
124: #endif
125: uid_t uid; /* real UID of the task */
126: gid_t gid; /* real GID of the task */
127: uid_t suid; /* saved UID of the task */
128: gid_t sgid; /* saved GID of the task */
129: uid_t euid; /* effective UID of the task */
130: gid_t egid; /* effective GID of the task */
...
148: struct user_struct *user; /* real user ID subscription */
149: struct group_info *group_info; /* supplementary groups for euid/fsgid */
...
151: };
Unix には、set-uid のプログラムがある。ls -l で user の x の所が s になっ ている。
$ ls -l /usr/bin | egrep '^...s'
...
-rwsr-xr-x 1 root root 49392 Jan 27 2010 at
...
-rwsr-sr-x 1 root root 315432 Jan 6 2010 crontab
-rwsr-xr-x 1 root root 51576 Mar 31 2010 gpasswd
...
---s--x--x 2 root root 180448 Oct 19 22:11 sudo
...
$
このようなプログラムを実行すると、一時的にファイル所有者(この例では
root)の権限でプログラムが実行される。パスワードを変更したり、
ディスク・クォータを表示する時に、root の権限を使う。
kernel/timer.c
1351: SYSCALL_DEFINE0(getpid)
1352: {
1353: return task_tgid_vnr(current);
1354: }
include/linux/sched.h
1600: static inline pid_t task_tgid_vnr(struct task_struct *tsk)
1601: {
1602: return pid_vnr(task_tgid(tsk));
1603: }
1538: static inline struct pid *task_tgid(struct task_struct *task)
1539: {
1540: return task->group_leader->pids[PIDTYPE_PID].pid;
1541: }
kernel/pid.c
474: pid_t pid_vnr(struct pid *pid)
475: {
476: return pid_nr_ns(pid, 省略);
477: }
...
461: pid_t pid_nr_ns(struct pid *pid, 省略)
462: {
463: struct upid *upid;
464: pid_t nr = 0;
...
467: upid = &pid->numbers[省略];
...
469: nr = upid->nr;
471: return nr;
472: }
kernel/timer.c
1362: SYSCALL_DEFINE0(getppid)
1363: {
1364: int pid;
...
1367: pid = task_tgid_vnr(current->real_parent);
...
1370: return pid;
1371: }
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。
kernel/timer.c
1373: SYSCALL_DEFINE0(getuid)
1374: {
1375: /* Only we change this so SMP safe */
1376: return current_uid();
1377: }
current_uid() という関数(マクロ)を呼び出す。
include/linux/cred.h
342: #define current_cred_xxx(xxx) \
343: ({ \
344: current->cred->xxx; \
345: })
346:
347: #define current_uid() (current_cred_xxx(uid))
currentからcredを引き、その中の uid というフィールドを返す。
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。
ヒント: current から出発する。current_cred_xxx() マクロを使っても使わな くてもよい。