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Processi e Thread in Linux

Jan 18, 20255 min read

Index

  1. Thread in Linux
  2. PCB in Linux
  3. Stati dei Processi Linux
  4. Segnali ed Interrupt in Linux

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Thread in Linux

Linux, nonostante sia un sistema operativo moderno, non si comporta come visto in Rappresentazione dei Threads, questo perché è basato su Unix e Unix non prevedeva l’utilizzo di thread. Quindi in Linux è stato implementato il funzionamento dei thread con alcuni vincoli dettati dall’architettura di Unix.

Caratteristiche dei threads in linux

Il kernel Linux non fa una distinzione netta tra processi e thread, ma piuttosto considera i thread come processi che condividono alcune risorse (come la memoria e i file descriptor) con altri thread dello stesso gruppo.

I thread sono chiamati LWP (Lightweight Process)

Esistono sia i KLT (kernel level threads) che gli ULT (user level threads) ma:

  • KLT sono usati principalmente del sistema operativo
  • ULT possono essere scritti da qualsiasi utente, poi solitamente vengono convertiti in KLT (esempio se si usa la libreria pthreads)

Identificazione dei Thread

Ogni Thread (LWP), proprio come i processi, ha il proprio PCB (process control block), e in quest’ultimo sono presenti tutte le informazioni necessarie per la gestione dei thead.

In particolare per quanto riguarda gli identificatori abbiamo:

  • il TGID (thread group leader identifier) è un identificatore unico per tutti i thread appartenenti ad uno stesso processo, e non è altro che il PID (process identifier) del processo a cui appartengono i therad.
  • il TID (task identifier) è un identificatore univoco per ogni thread di un processo, a volte viene chiamato anche PID (process identifier) del thread (in linux non c’è una netta distinzione tra thread e processi).

Il TID del primo thread creato da un processo coincide con il PID del processo che lo ha creato, questo vuol dire che in processi con un solo thread il TID e il TGID coincidono.

Comandi Linux

  • Il comando getpid() restituisce il TGID
  • Il comando ps in Linux è utilizzato per visualizzare le informazioni sui processi in esecuzione sul sistema, per quanto riguarda i Thread il TGID è sotto il nome di PID e TID sotto nome di TID o SPID o LWP.

PCB in Linux

Questa è la rappresentazione ad alto del PCB in Linux

Info

Nel PCB di linux è possibile trovare sia il TID che il TGID, Le frecce indicano i puntatori, a delle strutture esterne al PCB.

Il puntatore a thread info, contiene diverse informazioni a basso livello, tra cui questa il kernel stack, ovvero lo stack che contiene le chiamate per il codice di sistema (esempio le system call).

Caption

Nell’immagine non è riportato ma c’è un puntatore thread group (lista concatenata) che ci permette di rintracciare gli altri thread dello stesso processo.

I puntatori parent e real_parent puntano al padre del processo e ci sono puntatori simili anche per fratelli e figli.

Stati dei Processi Linux

In Linux il modello degli stati è molto simile al modello a 5 stati, visto precedentemente -

Tuttavia ci sono degli stati “atipici” rispetti al modello a 5 stati:

  • Non è presente lo stato suspended, questo significa che un processo può essere sospeso ma non per scelta dell’OS.
  • TASK_RUNNIG: non è presente la distinzione tra sia Ready che Running.
  • TASK_INTERRUPTIBLE, TASK_UNINTERRUPTIBLE, TASK_STOPPED, TASK_TRACED: sono tutti Blocked ma differiscono per il motivo per cui il processo è stato bloccato.
  • EXIT_ZOMBIE e EXIT_DEADsono entrambi Exit

Segnali ed Interrupt in Linux

Segnali

I Segnali possono essere inviati da un processo utente ad un altro processo utente tramite system call.

oss: questa system call, in modo contro intuitivo, si chiama kill anche se non è utilizzata soltanto per terminare un processo.

Quando un segnale viene inviato ad un processo allora viene aggiunto nella sezione dei signal pending nel PCB del processo che ha ricevuto il segnale. Questa non è altro che una coda dei segnali da eseguire.

Quando è arrivato il momento una funzione chiamata Signal Handler prenderà il carico il segnale.

Signal Handler

I Signal Handler sono delle funzioni che si occupano ricevuti da un processo.

I Signal Handler di sistema possono essere sovrascritti da dei signal handler definiti dal programmatore

  • oss: alcuni signal hanno degli handler che non possono essere sovrascritti

Tutti i Signal Handler sono eseguiti in user mode, al contrario degli Interrupt Handlers, che gestiscono le interruzioni, sono eseguiti in kernel mode.

Casi Particolari

I segnali possono essere anche inviati da un processo che si trova in modalità sistema, spesso però se accade significa che sia dovuto ad un interrupt a monte, esempio:

Eseguiamo un programma C scritto male, che accede ad una zona di memoria senza averla richiesta. Viene generata un’eccezione, successivamente viene eseguito il corrispondente handler in modalità kernel che manda un segnale SIGSEGV al processo colpevole.

La prossima volta che verrà mandato in esecuzione il processo il kernel vedrà dal PCB che c’è un segnale in attesa ed eseguirà l’azione corrispondente, di default è la terminazione del processo ma l’utente può riscriverla, in ogni caso questa azione è eseguita in modalità utente. Ovviamente per la terminazione viene chiamata un’altra syscall che verrà eseguita in modalità kernel.

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