Linux - Category - Wandering World

Linux Chapter 25 ProcessTermination

Author — Thu, 09 Sep 2021 21:13:12 +0800

Process Termination _exit() and exit() 有兩種方式可以終止程式： abnormal - 由訊號觸發，預設是終止程式（可以core dump) normally - 使用_exit()終止程式 1 2 #includevoid _exit(int status); status:定義終止狀態，在parent process可以呼叫wait()以取得狀態結束狀態為 0 ，表示process順利結束。非0表示異常終止非0狀態沒有固定規則，每個應用程式有自己的規則要參考他們的文件普遍為SUSv3制訂的：EXIT_SUCCESS(0) EXIT_FAILURE(1) 程式通常不會直接呼叫_exit()，因為會直接終止，通常會呼叫exit()，因為可以在真正呼叫_exit()前執行一些動作 1 2 #includevoid exit(int status); 會進行以下動作：以反向註冊順序，呼叫exit處理常式 flush stdio的串流緩衝區使用status 提供的值執行_exit() system call 與在main() 中return 終止程式或執行到main()結尾終止的方式，return n; 等同於 exit(n) 不等價的時候：若在exit的過程中有任何步驟存取main()的區域函數時，從main return會產生不可預期的行為。例如在呼叫setvbuf() 或 setbuf()時使用main()的區域函數時就會發生不等價的情況行程終止的動作關閉open file descriptor、directory stream、message catalog descriptor、conversion descriptor 關閉open file descriptor 後，會釋放此形成所有的file lock 解除任何加載的System V共享記憶體段，並將每個區段對應的shm_nattchcounter減去1 解除行程使用mmap()建立的記憶體映射 Exit Handler 在行程終止前執行一些操作，以應用程式的函式庫來說，行程終止前需要清理在生命週期間有用到的函式庫，因此需要exit handler來保證在終止前（結束時）會清理

Linux Chapter 24 CreateProcess

Author — Sun, 20 Jun 2021 17:13:12 +0800

CreateProcess fork() exit() wait() execev() 簡介 fork() parent process經由呼叫fork()建立一個 child process child獲得parent的stack segment、data segment、heap segment、text segment 可說是把parent process一分為二 exit() terminate a process 將佔用的所有資源歸還給kernel parent 可以利用 wait()來取得結束的狀態(status) wait() 若child process還未呼叫exit()，那wait()會suspend parent process，直到有任一child process terminated 可以取得status execve() Load a new program到目前process的記憶體丟去現存的text segment 重新建立 stack segment、data segment、heap segment 大致流程圖 fork() 1 2 3 #include pid_t fork(void); In parent: returns process ID of child on success, or –1 on error; in successfully created child: always returns 0 呼叫後將存在兩個process，且每個process都會從fork()的返回處繼續執行兩個process擁有不同的stack segment、data segment、heap segment、text segment副本（child可以再修改，且不影響parent）返回pid == 0是child process 返回pid !

Linux Chapter 21 Signal 處理常式

Author — Wed, 02 Jun 2021 22:10:12 +0800

Linux Chapter 21 Signal 處理常式訊號處理常式設計設定一個全域flag，接著離開。主程式會週期性的檢測此flag，若有被設定為flag，會進行適當的反應會做出幾種類型的清理動作，接著結束行程或使用非區域跳躍（nonlocal goto）解開unwind the stack，並將控制權交回給主程式（是先定義的位置）可重入函式與非同步訊號安全函式可重入與不可重入訊號處理常式與multiple thread的概念有關，前者可能會在任意時間點非同步的中斷程式執行，所以主程式與訊號處理常式會變成在同一個行程中，2個獨立的thread(非同步執行) 若函式可以在同一個行程的各thread中同步且安全的執行，此函式稱為是可重入的（reentrant） SUSv3對可重入的定義是: 當兩條或多條thread呼叫函式時，即便是彼此互相交叉執行，也能保證效果與各thread以未定義順序呼叫時一致若函式會更新全域或靜態的資料結構，可能就是不可重入的函式（只使用local變數的函式保證是可重入）。可能發生的情況：若主程式在呼叫malloc()期間，受到一個同樣呼叫malloc()的訊號處理常式中斷，則此linklist可能會遭到破壞，因此malloc()的函式家族與使用這些函式的其他函式庫函式都是不可重入。其他會傳回靜態配置的記憶體，也是不可重入的，crypt() getpwnam() gethostbyname() getservbyname() 函式的內部紀錄是使用靜態的資料結構也是不可重入的，例如scanf() printf()，他們會有緩衝的I/O更新內部資料結構，所以在訊號處理常式使用printf()也在主程式呼叫printf()，緩衝區的資料會交錯，導致得到非期望的輸出結果，甚至是整個程式crush 標準的非同步訊號安全函式（async-signal-safe functions）指可以安全地從訊號處理常式進行呼叫。當函式是reentrant函式，或是不會受到訊號處理常式中斷，可以稱函式為async-signal-safe function man page: https://man7.org/linux/man-pages//man7/signal-safety.7.html 在訊號處理常式內使用errno 因為可能會更新errno變數，會導致函式reentrant，因為可能會覆寫主程式之前呼叫函式設定的errno值。所以可以先儲存errno的值，並在函式執行完畢之後，回存errno 1 2 3 4 5 6 7 void handler(int sig) { int sErrno; sErrno = errno; /* can execute a function that might modify errno */ errno = sErron; } 全域變數與sig_atomic_t資料型別全域變數有reetrant問題，但有時需要在主程式與訊號處理常式之間共用全域變數，要能正確處理即可以保證安全。常見的設計是：

Linux Chapter 20 Signal 基本概念

Author — Sat, 29 May 2021 23:10:12 +0800

Linux Chapter 20 Signal 基本概念概念 signal 可以通知行程（process）有事件發生，也可以稱為軟體中斷，多數情況下都無法預測訊號抵達的時間。行程可以送出訊號給另外一個行程，在此可以做為synchronization 或者 IPC 的技術。訊號類型與預設行為可以在signal(7)使用手冊列出訊號名稱，或是參考書上p.430 下圖列出簡易版訊號表：改變訊號處置 Unix系統提供兩種 1.signal() 2. sigaction() signal()提供設定訊號的原始API 介面比sigaction()簡單 sigaction()是建立訊號處置常式首推的API signal() 是基於 sigaction()實作的函式 1 2 3 #includevoid (*signal(int sig, void (*handler)(int))); Return previous signal disposition on success,or SIG_ERR on error handler可以用以下的值取代 SIG_DFL:將訊號處置重新設定為預設值，適用於還原先前signal()呼叫改變的訊號處置 SIG_IGN:忽略該訊號，行程也不會知道有此訊號訊號處理常式範例： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 #include

Linux Chapter 5 - 檔案IO深入探討

Author — Thu, 20 May 2021 17:40:12 +0800

檔案I/O深入探討原子與競速條件以互斥的方式建立檔案在open()中設定O_EXCL與O_CREAT可以在檔案已存在的時候回傳錯誤，確保process本身是檔案的建立者將資料附加到檔案當我們有多個process要增加資料到同一個檔案會有下列這種寫法 1 2 3 4 if(lseek(fd,0,SEEK_END)==-1) errExit("lseek"); if(write(fd, buf, len)!=len) fatal("Partial/failed write"); 會有race condtion問題，第一個process在lseek()與write()之間被第二個相同的行程中斷，那兩個行程會在寫入之前將他們的file offset設定到相同位置，因此會產生互相覆蓋的現象為了避免此問題，必須讓移往檔案結尾下一個byte操作與寫入操作都是原子操作，我們可以使用O_APPENDflag達成檔案操作控制 1 2 3 #includeint fcntl(int fd, int cmd,...); Return value on success depends on cmd, returns -1 on error 用途之一是用來取得或修改access mode,以及一個開啟檔案的開啟檔案狀態flag 取得設定的cmd : F_GETFL 1 2 3 int flags, accessMode; flags = fcntl(fd, F_GETFL); if(flags == -1) errExit("fcntl"); 可以使用 & 操作去判斷目前的開啟檔案狀態flag

Linux Chapter 13 - 檔案IO緩衝區

Author — Thu, 20 May 2021 01:04:12 +0800

檔案I/O緩衝區 The Linux programming interface chapter 13 核心緩衝區概述 system call read() & write()在操作磁碟檔案時不會直接對磁碟存取，而是單純在使用者空間緩衝區與核心緩衝區快取（kernel buffer cache）之間複製資料。例如： write(fd, "abc",3) 在後續的某個時間點，核心會將其緩衝區的資料寫入磁碟如果在此期間，另外一個process試圖讀取檔案的這幾個bytes，則核心將自動從緩衝區提供資料，而不是從檔案讀取。同理於read()期間有write() process的情況緩衝區大小對效能的影響 system cpu time：主要是測量使用者空間與核心空間之間資料傳輸所消耗的時間包含CPU的處理, 等待I/O I/O的處理,作業系統處理提供一些服務額外的時間，以及系統閒置的時間 Elapsed time : 完整的程式在這個系統裡面執行的時間當緩衝區大小為1byte，需要呼叫大約一億次的system call，而緩衝區大小為4096bytes時，system call次數約為24000，當超過此設定值，效能的改善就開始不明顯，是因為在使用者空間和核心空間之間複製資料以及執行實際I/O所需的時間相較之下，read()和write()的system call 成本就顯得微不足道。＊結論：若我們正對檔案進行大量的資料讀寫，則以大區塊緩衝資料來減少system call 即可提升系統效能 stdio函式庫的緩衝操作磁碟檔案時，對大型區塊資料使用緩衝可以降低system call。設定一個stdio stream的緩衝模式 1 2 #includeint setvbuf(FILE *stream, char *buf, int mode, size_t size); 在開啟串流之後，必須在對串流進行任何其他的stdio函式之前先呼叫setbuf() 因為setbuf()將影響後續的stdio操作對串流的行為參數 stream:可以識別要修改的檔案stream緩衝區 buf & size 指定使用的緩衝區若buf不為NULL則以其指向的size大小區塊作為stream的緩衝區，因為stdio接著會使用buf指向的緩衝區，所以應該以靜態配置或使用malloc()於heap做動態配置，不應該配置為stack裡面的區域變數，否則當函式返回時會釋放stack frame，導致混亂若buf為NULL，stdio會自動配置一個緩衝區提供stream使用（除非我們選擇無緩衝的I/O)。在SUSv3允許但不要求實作時使用size來決定緩衝區的大小 mode指定緩衝區的類型範例 1 2 3 4 #defind BUF_SIZE 1024 static char buf[BUF_SIZE]; if(setvbuf(stdout, buf, _IOFBF) !

Linux Chapter 4 - 檔案IO

Author — Wed, 19 May 2021 17:40:12 +0800

檔案I/O 概述全部執行I/O的系統呼叫都是透過檔案描述符來控制開啟的檔案，各類型的檔案在開啟之後，都能以檔案描述符進行操控。標準檔案符 shell平時會將以下三個檔案描述符保持一直開啟，可以使用I/O redirection進行適當的修改 file descriptor 用途 POSIX 名稱 stdio stream 0 標準輸入 STDIN_FILENO stdin 1 標準輸出 STDOUT_FILENO stdout 2 標準錯誤 STDERR_FILENO stderr 開啟檔案 open() 1 2 3 4 5 #include#includeint open(const char *pathname, int flags, ... /*mode_t mode*/); Return file descriptor on success, -1 on error flags -> 為位元mask 指定檔案的存取模式 mode -> 指定了檔案的存取權限（如果open()沒有指定O_CREATflags可以省略）