C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -1C2110
Operační systém UNIX a
základy programování
Petr Kulhánek
kulhanek@chemi.muni.cz
Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta
Masarykova univerzita, Kamenice 5, CZ-62500 Brno
3. lekce / modul 1
PS/2021 Prezenční forma výuky: Rev2
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -2-
Procesy
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -3Vnitřní
schéma počítače
severní
můstek
severní
můstek
jižní
můstek
jižní
můstekUSB
myš, klávesnice
hodiny reálného
času
řadiče SATA
pevné disky
BIOS
grafický
systém
paměť
řadič paměti
periferie s rychlým přístupem
přes PCI Express
síť (ethernet)
zvuk
PCI sběrnice
výpočetní jádra (CPU jádro, CPU core)
procesor
počet CPU jader > 1
= SMP počítač
Operační systém zajišťuje běh programů
(procesů) na procesorech a optimální
využití dalších zdrojům (paměť, disková
kapacita). Při správě procesů se používá
technika multitaskingu.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -4Proces
a multitasking
Proces (anglicky process) je v informatice název pro spuštěný počítačový program. Proces
je umístěn v operační paměti počítače v podobě sledu strojových instrukcí vykonávaných
procesorem. Obsahuje nejen kód vykonávaného programu, ale i dynamicky měnící se data,
která proces zpracovává. Jeden program může v počítači běžet jako více procesů s různými
daty (například vícekrát spuštěný webový prohlížeč zobrazující různé stránky). Správu
procesů vykonává operační systém, který zajišťuje jejich oddělený běh, přiděluje jim
systémové prostředky počítače a umožňuje uživateli procesy spravovat (spouštět,
ukončovat atp.).
Multitasking (z angličtiny, multi = mnoho, task = úloha, používán ve víceúlohovém
systému) označuje v informatice schopnost operačního systému provádět několik procesů
současně (přinejmenším zdánlivě). Jádro operačního systému velmi rychle střídá na
procesoru či procesorech běžící procesy (tzv. změna kontextu), takže uživatel počítače má
dojem, že běží současně.
upraveno z wikipedia.org
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -5SMP
– Symetrický multiprocesing
paměť
procesor
Symetrický multiprocesing (SMP, anglicky Symmetric multiprocessing) je v informatice
označení pro druh víceprocesorových systémů, u kterých jsou všechny procesory v počítači
rovnocenné. Zvýšení počtu procesorů, které v počítači sdílí stejnou operační paměť, vede
ke zvýšení výkonu počítače, i když ne lineárním způsobem, protože část výkonu je
spotřebována na režii (zamykání datových struktur, řízení procesorů a jejich vzájemnou
komunikaci).
výpočetní jádra (CPU core)
V minulosti se rychlost výkonu procesorů zvyšovala kromě lepší architektury i rychlostí
zpracovávání instrukcí (frekvence procesoru), což v dnešní době naráží na fyzikální omezení
používané technologie (spolehlivost, tepelné ztráty, ...). Dalším směrem bylo tedy uvedení
více výpočetních jader (cca od roku 2005 pro x86 architekturu) na jednom fyzickém čipu.
Dnešní počítače jsou tak již běžně víceprocesorové.
CPU – central processing unit
upraveno z wikipedia.org
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -6Přehled
běžících procesů
Procesy lze vypsat příkazy:
ps vypíše procesy běžící v daném terminálu nebo podle zadaných specifikací
(ps -u user_name)
top průběžně zobrazuje procesy setříděné podle zátěže procesoru (ukončení
klávesou q)
pstree výpis znázorňující hierarchii procesů
$ ps
PID TTY TIME CMD
8763 pts/5 00:00:00 bash
8852 pts/5 00:00:00 gimp
8857 pts/5 00:00:00 ps
číslo procesu
terminál, ve kterém proces běží
spotřebovaný strojový čas
jméno spuštěného příkazu
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -7Přehled
běžících procesů - top
Příkazem top je možné v pravidelných intervalech monitorovat běžící procesy. Běh příkazu
se ukončuje klávesou q (quit).
top - 13:05:58 up 16 days, 2:27, 2 users, load average: 2.95, 3.10, 3.03
Tasks: 150 total, 3 running, 147 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 0.3 us, 0.1 sy, 10.6 ni, 88.9 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 8138412 total, 8005624 used, 132788 free, 210168 buffers
KiB Swap: 4194300 total, 168 used, 4194132 free. 7239188 cached Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
3351 ivo 39 19 46784 29872 772 R 100.0 0.4 24:16.67 sc
30745 root 20 0 51732 1228 400 S 13.0 0.0 8:15.87 systemd-udevd
1 root 20 0 104664 4984 2736 S 6.5 0.1 6:36.74 init
383 root 20 0 19596 948 628 S 6.5 0.0 4:30.06 upstart-udev-br
2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.70 kthreadd
číslo procesu
vlastník procesu
priorita
stav: S – sleeping, R – running,
D – nepřerušitelný spánek (čeká na zařízení)
paměť využití CPU a paměti
spotřebovaný CPU čas
jméno programu
zatížené CPU ve zlomku (1.0 = 100%)
v poslední 1, 5 a 15 minutách
odezva systému může být pomalá,
pokud je používána swapovací paměť
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -8Spouštění
příkazů a aplikací
1. Cesta k příkazu se nejdříve hledá v tabulce s již použitými příkazy:
$ hash
hits command
1 /bin/rm
3 /bin/ls
2. Pokud není příkaz nalezen, hledá se v adresářích uvedených v systémové proměnné
PATH, které jsou odděleny dvojtečkou.
$ echo $PATH
3. Pokud není příkaz nalezen, je indikována chyba. V opačném případě je příkaz spuštěn a
cesta uložena do tabulky.
pořadí prohledávání adresářů
Tabulku lze smazat příkazem:
$ hash -r
Aby mohl shell zadaný příkaz spustit, potřebuje znát cestu k souboru, který obsahuje
binární program nebo skript.
/usr/local/sbin:/usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:
/bin:/usr/games:/usr/local/games:/snap/bin:/usr/bin
$ prt
bash: prt: command not found
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -9Úprava
proměnné PATH
Manuální změna proměnné PATH
$ export PATH=/moje/cesta/k/mym/prikazum:$PATH
oddělující znak
Cesta k adresáři obsahující příkazy, u kterých
chci, aby byly přístupné bez uvádění cesty.
Cesta se vždy uvádí absolutně! (uvádění
relativních cest je bezpečnostním rizikem)
Původní hodnota proměnné PATH
(nutné pro nalezení systémových příkazů)
Automatizovaná změna proměnné PATH
Automatizovanou změnu proměnné PATH (a případně jiných systémových proměnných)
provádí příkaz module.
$ module add vmd Budeme probírat v Lekci 4
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -10Cestu
k příkazu či aplikaci, pokud existuje, lze zjistit příkazem type nebo whereis
$ type ls
ls is aliased to ‘ls --color=auto’
$ whereis ls
ls: /bin/ls /usr/share/man/man1/ls.1.gz
$ type pwd
pwd is a shell builtin
$ whereis pwd
pwd: /bin/pwd /usr/include/pwd.h /usr/share/man/man1/pwd.1.gz
Cesta k příkazům, dokumentace
příkaz pwd je implementován jako vnitřní
příkaz shellu
(dokumentace příkazu pwd je v man bash)
příkaz ls je program uložen v souboru /bin/ls
(man ls)
některé příkazy mohou mít více implementací (man pwd),
přednost mají vnitřní příkazy shellu
ls je v shellu alias na příkaz ls s
volbou color
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -11Procesy
na popředí a pozadí
Spouštění aplikací na popředí
Spouštění aplikací na pozadí
$ gimp &
na konec (za argumenty a přesměrování) příkazu
uvedeme ampersand
$ gimp
procesy běžící na popředí blokují terminál,
protože používají jeho standardní vstup a výstup
Ctrl+Z pozastaví běh procesu, další osud procesu lze kontrolovat pomoci příkazů:
jobs vypíše procesy, které shell spravuje
bg přesune proces do pozadí
fg přesune proces do popředí
disown zruší vazbu procesu na shell (proces není ukončen při
ukončení shellu)
Terminál (užitečné klávesové zkratky):
procesy běžící na pozadí neblokují terminál
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -12jméno
programu nebo skriptu udáváme
včetně cesty (absolutní nebo relativní)
Spouštění příkazů a aplikací ...
Uživatelské programy a skripty
$ ./muj_script
$ ~/bin/my_application
Zrušení výpisu do terminálu
$ kwrite &> /dev/null
přesměrování výstupu uvádíme na konec příkazu
(za argumenty)
Spouštění aplikací na pozadí
$ gimp &> /dev/null &
na konec (za argumenty a přesměrování) příkazu
uvedeme ampersand
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -13Signály
a procesy
číslo procesu, kterému se má signál zaslat (lze zjistit
příkazem ps, top, pstree)
Terminál (užitečné klávesové zkratky):
Ctrl+C běžícímu procesu zašle signál SIGINT (Interrupt), proces je ve většině případů
násilně ukončen
Příkaz kill:
$ kill [–signal] PID
specifikace signálu: -N (číslo signálu), -NAME (jméno signálu), -SIGNAME (SIG+jméno signálu)
Užitečné signály:
TERM 15 žádost o ukončení (proces na signál může reagovat)
INT 2 žádost o přerušení (ekvivalent Ctrl+C) (proces na signál může reagovat)
KILL 9 ukončení (proces nemůže signál ignorovat, je násilně ukončen)
STOP pozastaví proces (proces nemůže signál ignorovat) (ekvivalent Ctrl+Z)
CONT obnoví běh pozastaveného procesu (proces nemůže signál ignorovat)
!
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -14Přehled
příkazů
top průběžně zobrazuje procesy setříděné podle zátěže procesoru (ukončení
klávesou q)
ps vypíše procesy běžící v daném terminálu nebo podle zadaných specifikací
(ps -u user_name)
pstree vypíše procesy (stromový výpis)
type vypíše cestu k standardní aplikaci/příkazu (včetně vnitřních příkazů shellu)
whereis vypíše cestu k standardní aplikaci/příkazu
time vypíše délku běhu procesu
sleep čeká po zadanou dobu
kill zašle signál procesu, lze použít k ukončení problematických programů
ssh spustí příkaz na vzdáleném počítači
jobs vypíše procesy na pozadí
fg převede proces do popředí
bg převede proces do pozadí
nohup spustí proces bez interakce s terminálem (C2115)
wait čeká na dokončení procesů na pozadí (C2115)
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -15Cvičení
1
1. (Prezenčně) Otevřete nový terminál.
2. (Distančně) Otevřete nový terminál na pracovní stanici wolf02.ncbr.muni.cz
3. Vypište tabulku s již použitými příkazy (Výpis by měl být prázdný).
4. Spusťte příkaz ls a opět vypište tabulku s již použitými příkazy.
5. Kde se nalézá soubor obsahující program k příkazu ls. Použijte příkaz type a whereis.
Jaký je mezi oběma příkazy rozdíl?
6. Jakou velikost a přístupová práva má soubor, který obsahuje program ls.
7. Vypište obsah proměnné PATH (echo $PATH).
8. Je ve výpisu cesta k adresáři, ve kterém je příkaz ls?
9. Vytvořte kopii souboru s programem ls do vašeho domovského adresáře pod názvem
my_ls.
10. Spusťte program my_ls a porovnejte jeho výstup s příkazem ls. V čem se výstupy liší?
11. Soubor my_ls smažte.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 3. lekce / modul 1 -16Cvičení
2
1. (Prezenčně) Otevřete nový terminál.
2. (Distančně) Otevřete nový terminál na pracovní stanici wolf03.ncbr.muni.cz
3. Spusťte příkaz sleep 60. Co udává číslo 60?
4. Spusťte příkaz sleep 300.
5. Jeho běh ukončete pomocí Ctrl+C
6. Spusťte příkaz sleep 300 a nechte jej běžet.
7. (Prezenčně) Otevřete nový terminál.
8. (Distančně) Otevřete nový terminál na pracovní stanici wolf03.ncbr.muni.cz
9. Vypište vaše běžící procesy (ps -u username)
10. Proces sleep ukončete pomocí příkazu kill
11. Body 6, 9, 10 opakujte pro různé signály (SIGTERM, SIGINT a SIGKILL)