Đang tải... (xem toàn văn)
bài tập này có kết quả tốt nhất trong quá trình học của nhóm mình (năm học 2021 mới nhất hiện nay) và nhóm mình cũng là nhóm có điểm cao nhất lớp các bạn học sinh có nhu cầu tham khảo thì đừng tiếc chút tiền mà đánh mất cơ hội được điểm số cao
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TIỂU LUẬN MÔN: Hệ Điều Hành ĐỀ TÀI: Nghiên cứu tìm hiều quản lý tiến trình HĐH linux Giáo viên: Ths Nguyễn Tuấn Tú Nhóm số : Lớp: KHMT02 Hà Nội – 2021 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC NGUYÊN LÝ HỆ ĐIỀU HÀNH Đề tài: Nghiên cứu tìm hiều quản lý tiến trình HĐH linux Giáo viên : Sinh viên thực : Ths.Nguyễn Tuấn Tú Phạm Hữu Khải Bùi Duy Nghiêm Hoàng Mạnh Long Nguyễn Tuấn Anh Lớp : IT6067.3_K15_KTMT&OS Hà Nội – 2021 MỤC LỤC Lời mở đầu Vài năm qua, Linux thực tạo cách mạng lĩnh vực máy tính Sự phát triển chúng mang lại cho máy tính thật đáng kinh ngạc: hệ điều hành đa nhiệm, đa người dùng Linux chạy nhiều vi xử lý khác như: Intel , Motorola , MC68K , Dec Alpha Nó tương tác tốt với hệ điều hành: Apple , Microsoft Novell Không phải ngẫu nhiên mà ngành công nghệ thông tin Việt Nam chọn Linux làm hệ điều hành cho chương trình ứng dụng chủ đạo kinh tế quốc phòng Với mã nguồn mở, sử dụng Linux an toàn ứng dụng Windows Linux đem đến cho lợi ích kinh tế với nhiều phần mềm miễn phí Mã nguồn mở hệ điều hành chương trình Linux tài liệu vô giá để học hỏi kỹ thuật lập trình vốn tài liệu không công bố ứng dụng Windows Trong đồ án này, tìm hiểu phần quan trọng hệ điều hành Linux là: quản lý tiến trình linux Mặc dù cố gắng hạn chế thời gian, trình độ nên chắn viết không tránh khỏi sai sót khách quan Chúng em mong thầy bạn tận tình bảo để chúng em rút kinh nghiệm Chúng em xin chân thành cám ơn! CHƯƠNG Giới thiệu hệ điều hành linux 1.1 Tổng quan hệ điều hành Phần mềm máy tính chia làm hai loại: phần mềm hệ thống, quản lí hoạt động thân máy tính, chương trình ứng dụng, giải yêu cầu người dùng Phần tất phần mềm hệ thống gọi Hệ điều hành Hệ điều hành phần mềm chạy máy tính, dùng để điều hành, quản lí thiết bị phần cứng tài nguyên phần mềm máy tính Hệ điều hành đóng vai trị trung gian giao tiếp người sử dụng với phần cứng máy tính, cung cấp mơi trường cho người sử dụng phát triển ứng dụng họ cách dễ dàng Hệ điều hành phần quan trọng hầu hết hệ thống máy tính Hệ điều hành chạy môi trường đặc biệt, gọi chế độ nhân (Kernel mode hay Supervisor mode) Chế độ chạy hỗ trợ biển kiến trúc CPU( lệnh máy đặc biệt) ngăn người dùng truy cập vào phần cứng ( quản lí phần cứng chuẩn xác cho nhiều người dùng đồng thời, gọi chế độ bảo vệ (protect mode)) 1.1.1Chức hệ điều hành Chức chủ yếu hệ điều hành là: Quản lí chia sẻ tài nguyên (CPU, nhớ trong, nhớ ngoài…) Giả lập máy tính mở rộng Ngồi cịn chia chức hệ điều hành theo bốn chức là: + Quản lí q trình (Proccess manament) + Quản lí nhớ (Memory manament) + Quản lí hệ thống lưu trữ + Giao tiếp với người dùng (User interaction) 1.1.2Nhiệm vụ hệ điều hành: + Điều khiển quản lí trực tiếp phần cứng bo mạch chủ, bo mạch đồ họa bo mạch âm thanh… + Thực số thao tác máy tính thao tác đọc , viết tập tin, quản lí hệ thống tập tin (file system) kho liệu + Cung ứng hệ thống giao diện sơ khai cho ứng dụng thường thông qua hệ thống thư viện hàm chuẩn để hệ diều hành phần cứng mà từ ứng dụng gọi tới + Cung ứng hệ thống lệnh để điều hành máy Các lệnh gọi lệnh hệ thống ( system command) + Ngoài hệ điều hành, vài trường hợp, cung cấp dịch vụ cho phần mềm ứng dụng thông thường chương trình duyệt web hay soạn thảo văn bản… Các thành phần hệ điều hành bao gồm: + Hệ thống quản lí tiến trình + Hệ thống quản lí nhớ + Hệ thống quản lí nhập xuất + Hệ thống quản lí tập tin + Hệ thống bảo vệ + Hệ thống dịch lệnh + Quản lí mạng 1.2 Hệ điều hành linux Linux tên gọi hệ điều hành máy tính tên hạt nhân hệ điều hành Nó có lẽ ví dụ tiếng phần mềm tự việc phát triển mã nguồn mở Phiên Linux Linus Torvalds viết vào năm 1991, lúc ơng cịn sinh viên Đại học Helsinki Phần Lan Ông làm việc cách hăng say vòng năm liên tục cho đời phiên Linux 1.0 vào năm 1994 Bộ phận chủ yếu phát triển tung thị trường quyền GNU General Public License Do mà tải xem mã nguồn Linux “Linux” sử dụng để Nhân Linux, tên sử dụng cách rộng rãi để miêu tả tổng thể hệ điều hành giống Unix(còn biết tên GUN/Linux) tạo việc đóng gói nhân Linux với thư viện công cụ GNU, phân phối Linux Hình 1.1 Torvalds – Người “cha đẻ” Linux Linus Khởi đầu Linux phát triển cho dòng vi xử lý 386 Hiện hệ điều hành hỗ trợ số lượng lớn siêu thị máy tính thiết bị nhúng máy điện thoại di động Ban đầu, Linux phát triển sử dụng người say mê Tuy nhiên, Linux có hỗ trợ công ty lớn IBM HewlettPackard, đồng thời bắt kịp phiên phiên Unix độc quyền chí thách thức thống trị Microsoft Windows số lĩnh vực Sở dĩ Linux đạt thành công cách nhanh chóng nhờ vào đặc tính bật so với hệ thống khác: chi phí phần cứng thấp, tốc độ cao (khi so sánh với phiên Unix độc quyền) khả bảo mật tốt, độ tin cậy cao (khi so sánh với Windown) đặc điểm giá thành rẻ, không bị phụ thuộc vào nhà cung cấp Một đặc tính trội phát triển mơ hình phát triển phần mềm nguồn mở hiệu Hình 1.2 Chim cánh cụt Tux- biểu trưng vật may mắn Linux Tuy nhiên, số lượng phần cứng hỗ trợ Linux khiêm tốn so với Windown trình điều khiển thiết bị tương thích với Window nhiều Linux Nhưng tương lai số lượng phần cứng hỗ trợ cho Linux tăng lên Hiện nay, Linux có nhiều phân phối khác nhau, phần bời mã nguồn mở CHƯƠNG Khái niệm tiến trình Để hỗ trợ hoạt động đa nhiệm, hệ thống máy tính cần phải có khả thực nhiều tác vụ xử lí đồng thời việc điều khiển hoạt động song hành cấp độ phần cứng khó khăn Vì nhà thiết kế hệ điều hành đề xuất mơ hình song hành giả lập cách chuyển đổi xử lí qua lại chương trình để trì hoạt động nhiều chương trình thời điểm mơ hình này, chương trình hệ thống tổ chức thành tiến trình (process) - Vậy tiến trình (TT) thời gian thực (instance of execution) chương trình việc thực hiện xảy khoản thời gian định (gọi slice time) - Tiến trình biến đổi từ trạng thái sang trạng thái khác tác động chương trình - Tiến trình chương trình có khả thi hành thi hành máy tính 2.1 Các loại tiến trình Linux: + Tiến trình tương tác (Interactive processes) tiến trình khởi động quản lý shell, kể tiến trình forceground hay background + Tiến trình theo lơ ( Batch processes) tiến trình khơng gắn liền với bàn điều khiển (terminal) nằm hàng đợi để thực + Tiến trình ẩn nhớ (Daemon process) tiến trình chạy ẩn bên hệ thống (background) Các tiến trính khởi tạo – tự động – sau hệ thống khởi động Đa số chương trình server cho dịch vụ chạy theo phương thức Đây chương trình gọi lên nhớ, đợi (thụ động) yêu cầu từ chương trình khách (client) để trả lời socket xác định, tên thường kết thúc ký tự “d” Mỗi tiến trình thực sinh nhiều tiến trình gọi tiến trình cha Khi tiến trình cha bị dừng tiến trình bị dừng theo CHƯƠNG Các trạng thái tiến trình Trong mơi trường hệ điều hành Linux, tiến trình có trạng thái sau: - Running(đang chạy): Tiến trình chiếm quyền xử lí CPU dùng tính tốn hay thực thi cơng việc - Waiting(chờ): Tiến trình bị HĐH tước quyền xử lí CPU chờ đến lượt cấp phát khác - Suspend(tạm dừng): HĐH tạm dừng tiến trình, tiến trình đưa vào trạng thái ngủ ( sleep), cần thiết có nhu cầu HĐH đánh thức(wake up) hay nạp lại mã lệnh tiến trình vào nhớ, cấp phát tài ngun CPU để tiến trình tiến trình hoạt động Tại dịng lệnh bấm Ctrl –Z để tạm dừng tiến trình sau dùng lệnh “pg” để đưa vào hậu trường để sau dùng “fg” đem tiến trình trở hoạt động ưu tiên phía trước CHƯƠNG Quan hệ tiến trình Các tiến trình hoạt động trong hệ thống tồn mối quan hệ: độc lập hợp tác (song hành) 4.1 Quan hệ độc lập: tiến trình gọi độc lập hoạt động khơng gây ảnh hưởng không bị ảnh hưởng tiến trình khác hoạt động hệ thống Tiến trình độc lập có đặc trưng sau: - Trạng thái khơng bị chia sẻ với tiến trình khác Việc thực tiến trình đơn định (kết phụ thuộc vào đầu vào) 10 Tiến trình tái (lặp lại) Tiến trình dừng bắt đầu lại mà khơng gây ảnh hưởng tới - tiến trình khác hệ thống 4.2 Quan hệ hợp tác: Tiến trình gọi hợp tác (song hành) hoạt động gây ảnh hưởng bị ảnh hưởng tiến trình khác hoạt động hệ thống Tiến trình hợp tác có đặp trưng sau: - Trạng thái bị chia sẻ cho tiến trình khác Việc thực tién trình khơng đơn điệu (kết tuến trình phụ thuộc vào dãy thực tương ứng không dự báo trước) - Việc thực tiến trình khơng đơn định (kết tiến trình khơng giống với giá trị đầu vào) CHƯƠNG Quản lý tiến trình linux 11 5.1 Tại phải quản lý tiến trình - Trong hệ thống tồn nhiều luồng tiến trình - Mặt khác hệ thống có tài nguyên hữu hạn khả phục vụ khoảng thời gian có nhiều tiến trình muốn sử dụng tài nguyên -> dẫn đến xung đột, bế tắc xảy ra, giao thơng máy bị đình trệ -> treo máy Vì cần quản lý tiến trình * Nhiệm vụ quản lý tiến trình : - Tạo lập, hủy bỏ tiến trình - Tạm dừng, tái kích hoạt tiến trình - Tạo chế thơng tin liên lạc tiến trình - Tạo chế đồng hóa tiến trình * Mục tiêu : - Hạn chế tối đa xung đột bế tắc xảy ra, đưa giải pháp xảy tình - Tận dụng tối đa khả CPU (bài toán lập lịch) Tiến trình mơi trường thực hiện, bao gồm phân đoạn lệnh phân đoạn liệu Cần phân biệt với khái niệm chương trình gồm tập hợp lệnh Trên hệ điều hành Linux, tiến trình nhận biết thơng qua số hiệu tiến trình, gọi pid Cũng user, nằm nhóm Vì để phân biệt ta nhận biết qua số hiệu nhóm gọi PRGP Một số hàm C cho phép lấy thông số này: int getpid() : trả giá trị int pid tiến trình int getppid() : trả giá trị int pid tiến trình cha tiến trình int getpgrp() : trả giá trị int số hiệu nhóm tiến trình int setpgrp() : trả giá trị int số hiệu nhóm tiến trình tạo Ví dụ: Lệnh : printf("Toi la tien trinh %d thuoc nhom %d",getpid(),getgrp()); Kết là: Toi tien trinh 235 thuoc nhom 231 5.2 Tạo tiến trình int fork() tạo tiến trình Fork() cho phép tiến trình lập nó, trừ định dạng tiến trình Tiến trình gốc tự nhân gọi tiến trình cha tạo gọi tiến trình Giá trị trả lại cho tiến trình dấu hiệu pid cho tiến trình cha Giá trị -1 khơng tạo tiến trình 12 Theo ngun tắc hệ thống, tiến trình cha có đoạn mã Đoạn liệu tiến trình chép xác đoạn liệu tiến trình cha Tuy nhiên tiến trình khác tiến trình cha pid, thời gian xử lý, Hình 5.2.1 5.3 Dừng tiến trình Lệnh kill Shell dùng để chấm dứt hoạt động tiến trình Ví dụ muốn dừng tiến trình 234 ta dùng lệnh: kill 234 C có lệnh kill sau: int kill(pid, sig); int pid; dấu hiệu nhận biết tiến trình int sig; tín hiệu giao tiếp tiến trình 5.4 Giao tiếp tiến trình Việc giao tiếp tiến trình thực thơng qua tín hiệu chuẩn hệ thống Tín hiệu ngắt quãng logic gửi đến tiến trình hệ thống để thơng báo cho chúng việc khơng bình thường mơi trường hoạt động chúng (như lỗi nhớ, lỗi vào ra) Nó cho phép tiến trình liên lạc với Một tín hiệu (trừ SIGKILL) xem xét theo ba cách khác nhau: Tiến trình bỏ qua: Ví dụ chương trình bỏ qua ngắt quãng người sử dụng hệ thống (đó bỏ qua tiến trình sử dụng phần 13 Tiến trình thực hiện: Trong trường hợp này, nhận tín hiệu, việc thực tiến trình chuyển quy trình người sử dụng xác định trước, sau trở lại nơi bị ngắt Lỗi tiến trình trả sau nhận tín hiệu này.Dưới số tín hiệu thường gặp: SIGHUP Tín hiệu phát đến tiến trình vào lúc cuối mà tự ngắt Nó phát đến tiến trình có tiến trình tự ngắt SIGINT Tín hiệu phát đến tiến trình ta lệnh ngắt SIGQUIT Tương tự ta gõ vào ^D SIGILL Lệnh khơng hợp lệ, tín hiệu phát phát lệnh không cấp độ vật lý (ví dụ tiến trình thực lệnh mà máy tính chơng có lệnh này) SIGTRAP Tín hiệu phát sau lệnh trường hợp tiến trình có sử dụng lệnh ptrace() SIGIOT Bẫy phát có vấn đề vật lý SIGEMT Bẫy lệnh phát, phát có lỗi vật lý thực SIGFPE Được phát có lỗi tính tốn số có dấu phẩy nối có định dạng khơng hợp lý Gần ln lỗi lập trình SIGKILL Trang bị để kết thúc tiến trình Khơng thể bỏ qua cắt tín hiệu SIGBUS Được phát gặp lỗi bus SYSGEGV Được phát gặp lỗi phân đoạn truy cập liệu bên phân đoạn liệu cấp phát cho tiến trình SIGSYS Đối số khơng cho hệ thống gọi SIGPIPE Viết ống dẫn không mở để đọc SIGALRM Phát đồng hồ tiến trình ngừng lại Đồng hồ hoạt động lệnh alrm() SIGTERM Được phát tiến trình kết thúc bình thường Cũng dùng để dừng hệ thống để kết thúc tất tiến trình hoạt động 5.5 Liên lạc hai tiến trình Từ chương trình đơn giản sử dụng lệnh phát nhận tín hiệu, sau giúp liên lạc hai tiến trình Nội dung ví dụ liên lạc tiến trình cha tiến trình thơng qua tín hiệu trình bày phần trước #include 14 #include void fils_atc() { printf(" Tien trinh bi loai bo !!!\n"); kill(getpid(), SIGINT); } /***********************************/ void fils() { signal(SIGUSR1, fils_atc); printf(" Hinh tien trinh moi Nhung chuan bi loai bo tien trinh !!\n"); while(1); } /******************************/ main() { int ppid, pid; if ((pid = fork())==0) fils(); else { sleep(3); printf(" Chap nhan !! Tien trinh se bi loai bo.\n"); kill(pid, SIGUSR1); } } Trong ví dụ trên, tiến trình có sử dụng hàm signal(SIGUSR1, fils_atc) Hàm có tác dụng tiến trình nhận tín hiệu SIGUSR1 hàm fils_atc() thực thi Như ví dụ tiến trình tạo lại khơng muốn tiếp tục tồn Do sau tạm dừng lại sleep(3), tiến trình cha gởi đến cho tiến trình tín hiệu SIGUSR1 lệnh: kill(pid, SIGUSR1); Ở tiến trình con, tín hiệu SIGUSR1 gán với hàm fils_atc() Hàm thơng báo báo hiệu tiến trình chết tự gởi đến (tiến trình con) tín hiệu SIGINT, tín hiệu ngắt tiến trình Và tiến trình chết kill(getpid(), SIGINT); Một số nhược điểm liên lạc trực tiếp tín hiệu: - Một tín hiệu bị bỏ qua, kết thúc tiến trình bị chặn lại Đó lý đưa tín hiệu khơng thích ứng để tiến hành liên lạc tiến trình Một thơng điệp điệp hình thức tín hiệu bị nhận lúc loại tín hiệu tạm thời bị bỏ qua - Một vấn đề khác tín hiệu có quyền lớn, đến chúng làm ngắt quãng công việc Ví dụ việc nhận tín hiệu tiến trình 15 đợi kiện (mà đến sử dụng lệnh open(), read(), ) làm cho việc thực thi hàm bị chệch hướng Khi trở lại, lệnh bị ngắt gởi lại thơng điệp báo lỗi mà hồn tồn khơng xử lý Ngồi việc liên lạc trực tiếp ví dụ trên, cho phép phương pháp liên lạc tiến trình khác, liên lạc qua "đường ống" 5.6 Lập lịch đa tiến trình Ống dẫn liên lạc Ống dẫn chế để liên lạc gián tiếp tiến trình Đó file đặc biệt (FIFO), thơng tin truyền đầu thoát đầu khác Một số đặc điểm "ống dẫn": - Các ống dẫn mang tính chất tạm thời, tồn thời gian thực tiến trình tạo - Muốn tạo ống dẫn phải bắt đầu lệnh đặc biệt: pipe() - Nhiều tiến trình viết đọc ống dẫn Tuy nhiên, khơng có chế để phân biệt thông tin cho tiến trình đầu - Dung lượng ống dẫn bị hạn chế (khoảng 4KB) Do cố gắng viết ống dẫn bị đầy gặp phải trường hợp tắc nghẽn - Các tiến trình liên lạc qua ống dẫn phải có mối quan hệ họ hàng ống dẫn nối phải mở trước tạo tiến trình - Khơng thể tự thay đổi vị trí thơng tin ống Thao tác với "ống dẫn liên lạc" Tạo ống dẫn: int p_desc[2]; int pipe(p_desc); Giá trị trả thành công, -1 thất bại p_desc[0] : chứa số hiệu mơ tả nhờ đọc ống dẫn p_desc[1] : chứa số hiệu mơ tả nhờ viết ống dẫn Như việc viết p_desc[1] để truyền liệu ống việc đọc p_desc[0] để nhận chúng Ví dụ: #include #include main() { int i,ret, p_desc[2]; char c; pipe(p_desc); write(p_desc[1], "AB", 2); for (i=1; i /root/list.txt & Ứng dụng ls chạy bên Ngưng tạm ngưng Job Ctrl C: Ngưng job thực thi Sau ấn Ctrl C ta dùng câu lệnh jobs để hiển thị trạng thái tiến trình chạy 23 Ctrl Z: Tạm ngừng job thực thi Sau ấn Ctrl Z ta dùng câu lệnh: bg: tiếp tục job vừa ngừng trạng thái background fg: tiếp tục job vừa ngừng trạng thái foreground KẾT LUẬN Nhìn chung hệ thống Linux ổn định vận hành Mặc dù khơng phải lúc hoạt động cách sn sẻ mà có lúc q trình bị treo lại Nhưng ta có cách để chương trình hoạt động cách tốt nhất.Trong hệ ln tồn nhiều luồng tiến trình ,có tài nguyên hữu hạn khả phục vụ khoảng thời gian có nhiều tiến trình muốn sử dụng tài nguyên dẫn đến xung đột, bế tắc xảy ra, giao thơng máy bị đình trệ Vì việc nắm bắt quản lí tiến trình hệ điều hành linex giúp tiến trình xảy bình thường tốt Từ giúp hiểu rõ phải quản lí tiến trình , thức quản lí tiến trình hệ điều hành linex Dưới hướng dẫn thầy Nguyễn Tuấn Tú, chúng em thực đề tài để mang tới cho bạn cách tiếp cận vấn đề “ Nghiên cứu tìm hiều quản lý tiến trình HĐH linux ” đơn giản hiệu đề tài chúng em tiêu biểu số nhiều cách thức tiếp cận vấn đề “ Nghiên cứu tìm hiều quản lý tiến trình HĐH linux” thực có hiệu quả, mang lại hiểu biết sâu hơn, đồng thời giúp người có cách nhìn đắn vè vị trí vai trị quản lý hệ điều hành linux máy tính Tuy có hạn hẹp mặt thời gian vả trình độ với đề tài này, chúng em cố gắng để hồn thành u cầu đặt ra, bao gồm: -Giới thiệu hệ điều hành linux -Khái niện tiến trình -Các trạng thái hệ tiến trình -Quan hệ tiến trình -quản lý tiến trình linux Bài tiểu luận nhóm chúng em đến kết thúc, nhóm em cám ơn thầy bỏ chút thời gian quý báu để đọc nhóm em, biết chúng em cịn nhiều điều sai sót chúng em mong thầy giúp đỡ chúng em hồn thiện tập Chúng em xin chân thành cảm ơn! 24 PHỤ LỤC : tài liêu tham khảo Nguồn tài liệu kiến thức: https://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download? doi=10.1.1.144.4911&rep=rep1&type=pdf https://www.tecmint.com/linux-process-management/ https://www.geeksforgeeks.org/process-management-in-linux/ https://viblo.asia/p/quan-ly-tien-trinh-trong-linuxYWOZrynvKQ0 https://blogd.net/linux/quan-ly-tien-trinh-tren-linux/ https://quantrimang.com/quan-ly-tien-trinh-trong-unix-linux156592 Phương pháp viết luận: https://luanvan1080.com/huong-dan-chi-tiet-cach-trinh-baytieu-luan-chuan-form.html 25 ... thực tiến trình khơng đơn định (kết tiến trình khơng giống với giá trị đầu vào) CHƯƠNG Quản lý tiến trình linux 11 5.1 Tại phải quản lý tiến trình - Trong hệ thống ln tồn nhiều luồng tiến trình. .. Tạo tiến trình int fork() tạo tiến trình Fork() cho phép tiến trình lập nó, trừ định dạng tiến trình Tiến trình gốc tự nhân gọi tiến trình cha tạo gọi tiến trình Giá trị trả lại cho tiến trình. .. Nghiên cứu tìm hiều quản lý tiến trình HĐH linux ” đơn giản hiệu đề tài chúng em tiêu biểu số nhiều cách thức tiếp cận vấn đề “ Nghiên cứu tìm hiều quản lý tiến trình HĐH linux? ?? thực có hiệu quả,
