ゆるくプロセスを学ぼう/yuruhako-0824-process

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1. プロセスを学ぼう
   chikuwait
   1
   2019/08/24 ゆるい勉強会 in はこだて#3
   

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2. chikuwaitです
   • Twitter : chiku_wait
   • 高度ICTコース B4
   • システムソフトウェア研究室
   • OSや仮想化技術(ハイパーバイザ,コンテナ)
   などの
   システムソフトウェア（低レイヤ）
   が好き
   • Linux(を使うことではなく仕組みなどが)が好き
   自己紹介
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3. • オープンソースOSのLinuxのプロセスをメインで扱います
   • 対象のソースコードはLinux kernel 2.6
   前提
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4. 動作中のプログラムのこと
   • 処理実行の基本単位で、独立した仮想メモリ空間を持つ
   • バグで異常終了しても他のプロセスには影響を与えない
   • プロセスは同一メモリ空間などを共有する1つ以上のスレッドからなる
   • スレッド:1つのプロセス内で複数の処理を同時に実行できる実行単位
   プロセスとは
   4
   Windows だとこれ→
   

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5. プロセスとスレッドの関係
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   プロセス1
   共有メモリ
   スレッド2
   スレッド1
   プロセス2
   共有メモリ
   スレッド1
   

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6. • プロセスを生成したときに生成した側が親、された側が子になる
   • プロセスは複数の子を持つことができ、その子が更に子を持てる(孫)
   • 最も遠い祖先はinitプロセス
   • 全てのプロセスはinitプロセスを起原にもつ
   プロセスの親子関係
   6
   init
   login …
   sh
   vim …
   

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7. • 大きく分けてテキスト、データ、スタックに分割
   • データ：グローバル変数、static変数、malloc() 等
   で確保したもの
   • スタック：関数の局所変数と、関数の引数
   • スタックの底：引数と環境変数
   • 0番地付近は、メモリを割り当てない
   • いわゆるNULLポインタ
   プロセスのメモリ構造
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   カーネル領域
   スタック(局所変数等)
   ヒープ(mallocで確保)
   初期化なし静的変数
   初期化付き静的変数
   テキスト(機械語)
   Low address
   High address
   

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8. task_struct構造体
   (include/linux/sched.h)
   • state：
   プロセスの実行状態を表現
   • thread_info：
   カーネルに関する低レベル情報と
   カーネルスタックの保持
   • mm:プロセスのメモリ管理
   • binfmt:実行ファイルローダ
   • pid:プロセスID
   Linuxカーネルにおけるプロセスの表現
   8
   volatile long state(TASK_XXX)
   struct thread_info* thread_info
   unsigned long flags
   …
   prio_array_t* array
   …
   struct mm_struct *mm
   Struct linux_binfmt* binfmt
   …
   pid_t pid
   …
   

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9. TASK_RUNNING
   • あるCPUで実行中華、実行可能でCPU割当を待っている
   TASK_INTERRUPTIBLE
   • シグナルが受信可能で待機している(シグナルを受信すると起床する)
   TASK_UNINTERRUPTIBLE
   • シグナル受信不可で待機中
   TASK_STOPPED
   • 実行停止中(SIGSTOPなどを受信したり、ptraceで実行停止中)
   8つのプロセス実行状態(1/2)
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10. TASK_TRACED
    • Ptraceによるトレース対象になっている
    TASK_NONINTERACTIVE
    • 非対話的処理(スケジューラへのヒント)
    EXIT_ZOMBIE
    • 通称ゾンビ状態、実行終了して親プロセスによるwait待ち
    EXIT_DEAD
    • 実行終了して、task_structを開放中
    8つのプロセス実行状態(2/2)
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11. プロセスの状態遷移
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    TASK_RUNNING
    (実行中)
    TASK_STOPPED
    TASK_RUNNING
    (実行待ち)
    TASK_UNINTER
    RUPTIBLE
    TASK_INTERRU
    PTIBLE
    EXIT_ZOMBIE EXIT_DEAD
    プロセス開放
    プロセス生成
    fork,clone
    exec
    clone(CLONE_STOPEED)
    ptrace_notify()
    起床
    プリエンプト
    スケジューリング
    起床
    起床
    do_exit()
    wait
    exit
    wait
    

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12. プロセスのライフサイクル
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    clone
    execve
    do_fork
    copy_process
    ロード
    実行
    do_fork()：fork/vfork/cloneシステムコールの実体
    • 共有する資源のフラグ、スタックサイズ
    などが引数
    • 処理の大半は資源の複製を作成
    • e.g. CLONE_VM:メモリ空間(mm_struct)の共有
    copy_process()：資源の複製処理の実体
    • do_forkのフラグの指定によって参照を
    増やしたりメモリを確保したりする
    • task_struct構造体などの複製
    do_execve
    バイナリローダ
    終了 exit
    do_exit
    

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13. プロセスのライフサイクル
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    execve():execファミリのシステムコール
    • 今まで使用していた空間を破棄して
    新たな空間にプログラムをロードする
    do_execve()
    • ファイル名、環境変数、引数のページをコピー
    • コピーした領域はexec後にマップする
    • バイナリローダを試す
    clone
    execve
    do_fork
    copy_process
    ロード
    実行
    do_execve
    バイナリローダ
    終了 exit
    do_exit
    

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14. プロセスのライフサイクル
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    バイナリローダ：実行ファイルをメモリ上に展開
    • Linuxは複数の実行ファイルフォーマットが
    使用できるので、それに合わせて切り替える
    • e.g. ELFローダ:fs/binfmt_elf.c
    do_exit()：プロセス終了時に呼び出される
    • exit_notify():プロセスが終了したことを親に通知
    • reparent():終了したプロセスの子プロセスを他
    のプロセスの子プロセスにする
    • __exit_mm():mm_structの開放
    clone
    execve
    do_fork
    copy_process
    ロード
    実行
    do_execve
    バイナリローダ
    終了 exit
    do_exit
    

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15. なるほどわからん
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16. 3年のオペレーティングシステムの授業でやるはず
    (Linuxのソースコードまでは触れない)
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17. OSの気持ちがほんの少しだけ分かるようになる
    • 別にプロセスを知ったところで、今日からOSを作れる訳でもないし、
    アプリを作れるようになるわけでもないです
    • 別に普段考えなくていいけど、知らないで考えないより、知った上で
    任せる方が良いですよね
    • OSの挙動や仕組みを知ることで、普段書いているプログラミングで
    使っている仕組みを理解することができる e.g. Thread
    で、プロセスが分かって何になるの？
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