Linux программирование в примерах

Linux, как и Unix, обеспечивает вытесняющую многозадачность. Это означает, что ядро может вытеснить процесс (приостановить его), если настало время дать возможность поработать другому процессу. Приоритет длительное время работающих процессов (например, процессов, выполняющих интенсивные вычисления), снижается в конце их кванта времени, поэтому они дают шанс другим процессам получить время процессора. Сходным образом, процессам, длительное время бездействовавшим в ожидании завершения ввода/вывода (таким, как интерактивный текстовый редактор), приоритет повышается, так что они могут ответить на ввод/вывод, когда он происходит. Короче, ядро гарантирует, что все процессы, усредненные по времени, получают свою «справедливую долю» времени процессора. Повышение и понижение приоритетов является частью этого процесса.

Проектирование хорошего планировщика процессов для ядра является искусством; практические подробности выходят за рамки данной книги. Однако, процесс может влиять на назначения приоритетов ядром посредством своего значения относительного приоритета (nice).

Значение относительного приоритета является указанием того, насколько «приятным» хочет быть процесс в отношении других процессов. В соответствии с этим большие значения означают во все большей степени терпеливые процессы; т.е. те, которые все более приятны другим, снижая свой приоритет по отношению к ним.

Отрицательное значение относительного приоритета, с другой стороны, означает, что процесс желает быть «менее приятным» по отношению к другим. Такой процесс более эгоистичный, требуя себе большего количества времени процессора [89] . К счастью, в то время как пользователи могут повышать значение относительного приоритета (быть более приятными), лишь root может снижать значение относительного приоритета (быть менее приятным).

Значение относительного приоритета является лишь одним фактором в уравнении, используемом ядром для вычисления приоритета; это не значение самого приоритета, которое изменяется с течением времени на основе поведения процесса и состояния других процессов системы. Для изменения значения относительного приоритета используется системный вызов nice:

89

Такие процессы часто демонстрируют детское поведение. — Примеч. автора.

 #include <unistd.h> /* XSI */

 int nice(int inc);

Значение относительного приоритета по умолчанию равно 0. Разрешен диапазон значений от -20 до 19. Это требует некоторой привычки. Чем более отрицательное значение, тем выше приоритет процесса: -20 является наивысшим приоритетом (наименьшая приятность), а 19 — наинизшим приоритетом (наибольшая приятность)

Аргумент inc является приращением, на который надо изменить значение приоритета. Для получения текущего значения, не изменяя его, используйте 'nice(0)'. Если результат 'текущий_относительный_приоритет + inc' выйдет за пределы от -20 до 19, система принудительно включит его в этот диапазон.

Возвращаемое значение является новым значением относительного приоритета или -1, если возникла ошибка. Поскольку -1 также является действительным значением относительного приоритета, при вызове nice следует сначала явным образом установить errno в ноль, а затем проверить его насчет имевшихся проблем:

 int niceval;
 int inc = /* любое значение */;
 errno = 0;
 if ((niceval = nice(inc)) < 0 && errno != 0) {
  fprintf(stderr, "nice(%d) failed: %s\n", inc, strerror(errno));
  /* другое восстановление */
 }

Этот пример может завершиться неудачей, если в inc отрицательное значение, а процесс не запущен как root.

9.1.3.1. POSIX против действительности

Диапазон значений относительного приоритета от -20 до 19, которые использует Linux, имеет исторические корни; он ведет начало по крайней мерее V7. POSIX выражает состояние менее прямым языком, что дает возможность большей гибкости, сохраняя в то же время историческую совместимость. Это также затрудняет чтение и понимание стандарта, вот почему вы и читаете эту книгу. Итак, вот как описывает это POSIX

Во-первых, значение относительного приоритета процесса, поддерживаемое системой, колеблется от 0 до '(2 * NZERO) - 1'. Константа NZERO определена в <limits.h> и должна равняться по крайней мере 20. Это дает диапазон 0–39.

Во-вторых, как мы описывали, сумма текущего значения относительного приоритета и приращение incr загоняются в этот диапазон.

В заключение, возвращаемое nice значение является значением относительного приоритета процесса минус NZERO. При значении NZERO 20 это дает первоначальный диапазон от -20 до 19, который мы описали вначале.

Результатом является то, что возвращаемое nice значение в действительности изменяется от '– NZERO' до 'NZERO-1', и лучше всего писать свой код в терминах этой именованной константы. Однако, на практике трудно найти систему, в которой NZERO не было бы равно 20.

9.1.4. Запуск новой программы: семейство exec

После запуска нового процесса (посредством fork) следующим шагом является запуск в процессе другой программы. Имеется несколько функций, которые служат различным целям:

 #include <unistd.h> /* POSIX */

 int execve(const char *filename, /* Системный вызов */
 char *const argv[], char *const envp[]);
 int execl(const char *path, const char *arg, ...); /* Оболочки */
 int execlp(const char *file, const char *arg, ...);
 int execle(const char *path, const char *arg, ..., char *const envp[]);
 int execv(const char *path, char *const argv[]);
 int execvp(const char *file, char *const argv[]);

Мы ссылаемся на эти функции как на «семейство exec». Функции с именем exec нет; вместо этого мы используем это имя для обозначения любой из перечисленных выше функций. Как и в случае с fork, «exec» используется на языке Unix и в качестве глагола, означающего исполнение (запуск) программы, и в качестве существительного.

9.1.4.1. Системный вызов execve

Простейшей для объяснения функцией является execve. Она является также лежащим в основе системным вызовом. Другие являются функциями-оболочками, как вскоре будет объяснено.

 int execve(const char *filename, char *const argv[],
  char* const envp[]);

filename является именем программы для исполнения. Это может быть именем полного или относительного пути. Файл должен иметь формат исполняемого файла, который понимает ядро. Современные системы используют формат исполняемого файла ELF (Extensible Linking Format — открытый формат компоновки). GNU/Linux распознает ELF и несколько других форматов. С помощью execve можно исполнять интерпретируемые сценарии, если они используют особую первую строку с именем интерпретатора, начинающуюся с '#!'. (Сценарии, которые не начинаются с '#!', потерпят неудачу.) В разделе 1.1.3 «Исполняемые файлы» представлен пример использования '#!'. argv является стандартным списком аргументов С — массив символьных указателей на строки аргументов, включая значение для использования с argv[0] [90] , завершающийся указателем NULL.

90

См. 9.1.4.3 Имена программ и argv[0] — Примеч. науч. ред.