Gerenciando processos

Um processo é, simplesmente falando, um programa sendo executado. Mais específicamente, do ponto de vista do sistema operacional, é uma coleção de instruções (programa) mais os dados necessários à sua execução. Armazenados juntamente com o processo estão o seu contexto, ou seja, o contador de instruções [17], e o conjunto de todos os registradores da CPU.
Processos são entidades independentes, cada um com suas permissões de acesso, e têm atribuidos propriedades como o id do usuário que o criou (UID) e do grupo (GID). Grande parte de sua execução se processa em user-mode, quando o processador não admite a execucão de instruções privilegiadas, mas em certos instantes (durante uma chamada de sistema), ele executa em kernel-mode para conseguir o acesso a partes do hardware que de outra forma seriam inacessíveis. Cada processo é identificado pelo seu process id (PID), que é simplesmente um número inteiro.

É responsabilidade do sistema operacional gerenciar os processos do sistema, de forma a maximizar a utilização da CPU (que usualmente é só uma), de forma que, se um processo tenta ler ou escrever em um disco, por exemplo, este processo ficará em estado waiting (suspenso) até que a operação de entrada/saida seja completada. Nesse ínterim, outro processo será habilitado a rodar, desperdiçándo assim o mínimo do tempo da CPU, memória e demais periféricos. O Linux suporta inclusive um procedimento de "escrita retardada", quando escrevemos em algum arquivo. No momento da escrita, o buffer que contém estes dados é simplesmente marcado como "sujo" (dirty), e o sistema operacional escolhe o instante mais apropriado para descarregar esse buffer no disco físico. Isso explica a necessidade que temos de executar um procedimento de parada (shutdown) antes de desligar a máquina, para evitar que fiquem dados a serem descarregados (escritos) no disco.

O diretório /proc contém, como vimos anteriormente, um subdiretório com o nome do PID de cada processo. Os pseudo-arquivos cmdline, environ e status, têm informações detalhadas sobre esse processo. Outra forma é obter um resumo sobre o processo via o comando ps. Outro comando que permite controlar diretamente processos é o top, útil quando queremos deixar um terminal como console permanente do sistema. O top mostra constantemente os processos em ordem decrescente de utilização de CPU, permitindo o operador enviar sinais (signals) para interromper um processo que esteja tomando muitos recursos da CPU, ou mesmo modificar a prioridade de execucão de um determinado processo. Ainda outros comandos, o nice, e o renice, nos dão controle individual sobre a prioridade de um processo. Um processo tem prioridades variando entre -20 (maior prioridade) até 19 (menor prioridade). o comando nice roda um programa com uma prioridade aumentada em 10, enquanto que o renice permite-nos ajustar essa prioridade, de um processo já sendo executado, adicionando ou subtraindo o valor dado. Somente o superusuário pode executar tarefas com ajustes de prioridade negativos.

atributos Um processo tem vários atributos que controlam sua execução. O PID identifica únicamente este processo (nenhum PID pode ser repetido até novo boot do sistema). O PPID indica qual "processo-pai" o criou. O nice number controla a prioridade desse processo. Processos de maior prioridade têm a preferência na utilização da CPU. O UID e GID indicam o usuário e grupo que criou esse processo. Somente o root (superusuário) pode destruir processos criados por outros usuários. O EUID e o EGID são formas de se rodar um processo, criado por um usuário não-privilegiado de forma que ele se comporte como privilegiado, com acesso a outros recursos que normalmente o usuário não o teria. O comando chmod +s <arquivo> pode ser usado para fazer um programa modificar esse valor na execução. Um programa setuid (com o flag s ligado) no instante de execução troca seu UID/GID pelos seus próprios (user/group do arquivo) e efetivamente rodam como se fosse este outro usuário, pois o kernel testa o EUID e EGID para testar privilégios de acesso. Daí, devmos ter o máximo cuidado quando ligarmos este flag em algum executável.

À medida que vai sendo executado, um processo passa por vários estados. Logo que é iniciado ele é colocado no estado ready, isto é, pronto para executar. O escalador (scheduler), uma das partes do kernel, decide, de acordo com a prioridade e a ordem das suas filas, quando dar a CPU para esse processo, quando ele passa ao estado running. Se este processo fica muito tempo, acima de um determinado time slot, com a CPU, ele é novamente colocado na fila ready e fica aguardando uma nova escalação. Quando o processo tenta efetuar alguma operação de entrada e saida, ele pode ser bloqueado e passa ao estado waiting, até que a operação de I/O (entrada/saida) seja completada. Se o processo está sendo, por exemplo, monitorado ou controlado por outro programa (digamos, um depurador como o gdb), ele poderá ser enviado ao estado stopped, até que o programa que o controla retorne-o ao estado ready novamente. No final da execução, o processo pode ser morto (por exemplo com o comando kill). Processos que terminam sem que o seu pai (parent) seja informado, podem ficar num estado zombie (zumbi), que na realidade nada mais é que um processo morto, mas órfão.

Tipos de processos e controle de tarefas (job control)

Existem vários tipos de processos no Linux:

• processos interativos
• processos em lote (batch)
• Daemons

Processos interativos são iniciados a partir de uma sessão de terminal e por ele controlados. Quando executamo

s um comando do shell, entrando simplesmente o nome do programa e <return> (tecla enter no teclado do PC), estamos rodando um processo em foreground. Um programa em foreground recebe diretamente sua entrada (stdin) do terminal que o controla, e por outro lado, toda sua saida (stdout e stderr) vai para esse mesmo terminal. Digitando Ctrl-Z, suspendemos esse processo, e recebemos (do shell) a mensagem:
Stopped
(talvez com mais alguns caracteres dizendo o número do job e a linha de comando). A maioria dos shells têm comandos para controle de jobs, para mudar o estado de um processo parado para background, listar os processos em background, retornar um processo do back para o foreground, de modo que o possamos controlar novamente com o terminal. No bash o comando jobs mostra os jobs correntes, o bg restarta um processo suspenso em background e o comando fg o restarta em foreground.

Processos em batch são controlados usualmente pelo cron, juntamente com o programa at ou batch (na realidade um link para o at). Introduzindo no shell: at 18:30 e em seguida uma linha com o comando desejado, teremos essa execução programada para a hora dada (no caso 18:30). O comando atq lista todas as tarefas pendentes. A saida do comando at será enviado por mail para o usuário, quando a execução estiver completa.

Daemons ou processos servidores, mais frequentementes são iniciados na partida do sistema, rodando continuamente enquanto o sistema está no ar, e esperando em background até que algum outro processo solicite o seu serviço. É o caso, por exemplo, do sendmail, um programa para redirigir e transportar mensagem de mail através do sistema ou para outros sistemas interligados via rede.