C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -1C2110
Operační systém UNIX a
základy programování
Petr Kulhánek
kulhanek@chemi.muni.cz
Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta
Masarykova univerzita, Kamenice 5, CZ-62500 Brno
4. lekce
Procesy
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -2-
Obsah
➢ Procesy
• proces, multitasking, monitoring
• spouštění procesů, proměnná PATH
➢ Komunikace procesu s okolím
• standardní vstup a výstup, chybový výstup, přesměrování,
roury, příkazy
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -3-
Procesy
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -4Vnitřní
schéma počítače
severní
můstek
jižní
můstekUSB
myš, klávesnice
hodiny reálného
času
řadiče SATA
pevné disky
BIOS
grafický
systém
paměť
řadič paměti
periferie s rychlým přístupem
přes PCI Express
síť (ethernet)
zvuk
PCI sběrnice
výpočetní jádra (CPU jádro, CPU core)
procesor
počet CPU jader > 1
= SMP počítač
Operační systém zajišťuje běh programů
(procesů) na procesorech a optimální
využití dalších zdrojům (paměť, disková
kapacita). Při správě procesů se používá
technika multitaskingu.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -5Proces
a multitasking
Proces (anglicky process) je v informatice název pro spuštěný počítačový program. Proces
je umístěn v operační paměti počítače v podobě sledu strojových instrukcí vykonávaných
procesorem. Obsahuje nejen kód vykonávaného programu, ale i dynamicky měnící se data,
která proces zpracovává. Jeden program může v počítači běžet jako více procesů s různými
daty (například vícekrát spuštěný webový prohlížeč zobrazující různé stránky). Správu
procesů vykonává operační systém, který zajišťuje jejich oddělený běh, přiděluje jim
systémové prostředky počítače a umožňuje uživateli procesy spravovat (spouštět,
ukončovat atp.).
Multitasking (z angličtiny, multi = mnoho, task = úloha, používán ve víceúlohovém
systému) označuje v informatice schopnost operačního systému provádět několik procesů
současně (přinejmenším zdánlivě). Jádro operačního systému velmi rychle střídá na
procesoru či procesorech běžící procesy (tzv. změna kontextu), takže uživatel počítače má
dojem, že běží současně.
upraveno z wikipedia.org
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -6SMP
– Symetrický multiprocesing
paměť
procesor
Symetrický multiprocesing (SMP, anglicky Symmetric multiprocessing) je v informatice
označení pro druh víceprocesorových systémů, u kterých jsou všechny procesory v počítači
rovnocenné. Zvýšení počtu procesorů, které v počítači sdílí stejnou operační paměť, vede
ke zvýšení výkonu počítače, i když ne lineárním způsobem, protože část výkonu je
spotřebována na režii (zamykání datových struktur, řízení procesorů a jejich vzájemnou
komunikaci).
výpočetní jádra (CPU core)
V minulosti se rychlost výkonu procesorů zvyšovala kromě lepší architektury i rychlostí
zpracovávání instrukcí (frekvence procesoru), což v dnešní době naráží na fyzikální omezení
používané technologie (spolehlivost, tepelné ztráty, ...). Dalším směrem bylo tedy uvedení
více výpočetních jader (cca od roku 2005 pro x86 architekturu) na jednom fyzickém čipu.
Dnešní počítače jsou tak již běžně víceprocesorové.
CPU – central processing unit
upraveno z wikipedia.org
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -7Přehled
běžících procesů
Procesy lze vypsat příkazy:
ps vypíše procesy běžící v daném terminálu nebo podle zadaných specifikací
(ps -u user_name)
top průběžně zobrazuje procesy setříděné podle zátěže procesoru (ukončení
klávesou q)
$ ps
PID TTY TIME CMD
8763 pts/5 00:00:00 bash
8852 pts/5 00:00:00 gimp
8857 pts/5 00:00:00 ps
číslo procesu
terminál, ve kterém proces běží
spotřebovaný strojový čas
jméno spuštěného příkazu
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -8Přehled
běžících procesů - top
Příkazem top je možné v pravidelných intervalech monitorovat běžící procesy. Běh příkazu
se ukončuje klávesou q (quit).
top - 13:05:58 up 16 days, 2:27, 2 users, load average: 2.95, 3.10, 3.03
Tasks: 150 total, 3 running, 147 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 0.3 us, 0.1 sy, 10.6 ni, 88.9 id, 0.1 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
KiB Mem: 8138412 total, 8005624 used, 132788 free, 210168 buffers
KiB Swap: 4194300 total, 168 used, 4194132 free. 7239188 cached Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
3351 ivo 39 19 46784 29872 772 R 100.0 0.4 24:16.67 sc
30745 root 20 0 51732 1228 400 S 13.0 0.0 8:15.87 systemd-udevd
1 root 20 0 104664 4984 2736 S 6.5 0.1 6:36.74 init
383 root 20 0 19596 948 628 S 6.5 0.0 4:30.06 upstart-udev-br
2 root 20 0 0 0 0 S 0.0 0.0 0:00.70 kthreadd
číslo procesu
vlastník procesu
priorita
stav: S – sleeping, R – running,
D – nepřerušitelný spánek (čeká na zařízení)
paměť využití CPU a paměti
spotřebovaný CPU čas
jméno programu
zatížené CPU ve zlomku (1.0 = 100%)
v poslední 1, 5 a 15 minutách
odezva systému může být pomalá,
pokud je používána swapovací paměť
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -9Spouštění
příkazů a aplikací
1. Cesta k příkazu se nejdříve hledá v tabulce s již použitými příkazy:
$ hash
hits command
1 /bin/rm
3 /bin/ls
2. Pokud není příkaz nalezen, hledá se v adresářích uvedených v systémové proměnné
PATH, které jsou odděleny dvojtečkou.
$ echo $PATH
.../usr/local/bin:/usr/sbin:/usr/bin:/sbin:/bin
Cestu k příkazu či aplikaci, pokud existuje, lze zjistit příkazem type nebo whereis
$ type ls
/bin/ls
$ type pwd
pwd is a shell builtin
pořadí prohledávání adresářů
Tabulku lze smazat příkazem:
$ hash -r
Aby mohl shell zadaný příkaz spustit, potřebuje znát cestu k souboru, který obsahuje
binární program nebo skript.
příkaz pwd je implementován jako
vnitřní příkaz shellu
příkaz ls je program uložen v souboru /bin/ls
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -10Úprava
proměnné PATH
Manuální změna proměnné PATH
$ export PATH=/moje/cesta/k/mym/prikazum:$PATH
oddělující znak
Cesta k adresáři obsahující příkazy, u kterých
chci, aby byly přístupné bez uvádění cesty.
Cesta se vždy uvádí absolutně! (uvádění
relativních cest je bezpečnostním rizikem)
Původní hodnota proměnné PATH
(nutné pro nalezení systémových příkazů)
Automatizovaná změna proměnné PATH
Automatizovanou změnu proměnné PATH (a případně jiných systémových proměnných)
provádí příkaz module.
$ module add vmd
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -11Spouštění
příkazů a aplikací ...
Uživatelské programy a skripty
$ ./muj_script
$ ~/bin/my_application
Spouštění aplikací na pozadí
Zrušení výpisu do terminálu
$ kwrite &> /dev/null
jméno programu nebo skriptu
udáváme včetně cesty (absolutní
nebo relativní)
přesměrování výstupu uvádíme na konec příkazu
(za argumenty)
$ gimp &> /dev/null &
na konec (za argumenty a přesměrování) příkazu
uvedeme ampersand
Terminál (užitečné klávesové zkratky):
Ctrl+C běžícímu procesu zašle signál SIGINT (Interrupt), proces je ve většině
případů násilně ukončen
Ctrl+D zavře vstupní proud spuštěného procesu
Ctrl+Z pozastaví běh procesu, další osud procesu lze kontrolovat pomoci
příkazů bg, fg, disown
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -12Cvičení
I
1. Vypište tabulku s již použitými příkazy (Výpis by měl být prázdný).
2. Spusťte příkaz ls a opět vypište tabulku s již použitými příkazy.
3. Kde se nalézá soubor obsahující program k příkazu ls. Použijte příkaz type a whereis.
Jaký je mezi oběma příkazy rozdíl?
4. Jakou velikost a přístupová práva má soubor, který obsahuje program ls.
5. Vypište obsah proměnné PATH (echo $PATH).
6. Je v adresářích uvedených v proměnné PATH dostupný program nemesis?
7. Přidejte modul nemesis.
8. Vypište obsah proměnné PATH.
9. V kterém adresáři je dostupný program nemesis?
10. Jakou velikost a přístupová práva má soubor, který obsahuje program nemesis.
11. Vytvořte kopii souboru s programem ls do vašeho domovského adresáře pod názvem
my_ls.
12. Spusťte program my_ls.
13. Odstraňte souboru my_ls přístupová práva pro spuštění.
14. Pokuste se znovu program my_ls spustit. Co se stane?
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -13Komunikace
procesu s okolím
Proces
Proces může komunikovat s okolím celou řadou způsobů:
• GUI (Graphical User Interface = použitím příslušného API)
• signály, sdílená paměť, MPI (Message Passing Interface), atd.
• standardní proudy
Jednou z možností je načítaní vstupních dat ze standardního vstupního proudu, výpis
výstupních dat do standardního výstupního či chybového proudu.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -14Standardní
proudy
process
(příkaz, program)standardní vstupní proud
(klávesnice)
standardní výstupní proud
(obrazovka terminálu)
standardní chybový proud
(obrazovka terminálu)
Vstupně-výstupní proudy slouží procesu ke komunikaci se svým okolím. Každý proces
otevírá tři standardní proudy:
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -15-
Přesměrování
process
(příkaz, program)standardní vstupní proud
(klávesnice)
standardní výstupní proud
(obrazovka terminálu)
standardní výstupní chybový proud
(obrazovka terminálu)
Vstupně-výstupní proudy lze přesměrovat tak, aby používaly soubory místo klávesnice či
obrazovky.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -16Přesměrování
vstupu
Přesměrování standardního vstupu programu my_command ze souboru input.txt.
$ my_command < input.txt
Přesměrování standardního vstupu programu my_command ze souboru skriptu.
.......
./my_command << EOF
prvni radka textu
druha radka textu
treti radka textu
EOF
......
značka určující konec vstupu
(volí uživatel)
konec vstupu, značku nesmí
obklopovat mezery
text, který tvoří načítaný vstup
Tento způsob přesměrování je obzvláště výhodné používat ve skriptech, nicméně funguje i v příkazové
řádce. Výhodou je expanze proměnných v načítaném textu.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -17Přesměrování
výstupu
Přesměrování standardního výstupu programu my_command do souboru output.txt.
(Soubor output.txt je vytvořen. Pokud již existuje, je jeho původní obsah smazán.)
$ my_command > output.txt
Přesměrování standardního výstupu programu my_command do souboru output.txt.
(Soubor output.txt je vytvořen. Pokud již existuje, je výstup programu my_command
připojen na jeho konec.)
$ my_command >> output.txt
Podobná pravidla platí pro standardní chybový výstup, v tomto případě se používají
následující operátory:
$ my_command 2> errors.txt
$ my_command 2>> errors.txt
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -18Spojování
výstupních proudů
Standardní výstup a standardní chybový výstup programu my_command lze současně
přesměrovat do souboru output.txt.
$ my_command &> output.txt
$ my_command &>> output.txt
Alternativní řešení pro &>>: Nejdříve je nutné přesměrovat standardní výstup a poté spojit
standardní chybový výstup s výstupem standardním.
$ my_command >> output.txt 2>&1
$ my_command 2>&1 >> output.txt nefunguje
pořadí je důležité!
funguje v nových verzích bash
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -19Roury
(pípy)
Roury slouží ke spojování standardního výstupu jednoho procesu se standardním vstupem
jiného procesu.
process 1 process 2
vstup
výstup | vstup
výstup
chybový výstup
chybový výstup
$ command_1 | command_2
Použití:
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -20Roury
a chybový proud
Přenos standardního chybového výstupu přes rouru je možné provést po jeho spojení se
standardním výstupem.
process 1 process 2
vstup
výstup | vstup
výstup
chybový výstup chybový výstup
$ command_1 2>&1 | command_2
Použití:
2>&1
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -21Příkazy
pro cvičení
Ukázky použití:
$ cat soubor1.txt soubor2.txt
$ paste soubor1.txt soubor2.txt
$ wc soubor.txt
$ head -15 soubor.txt
$ tail -6 soubor.txt
spojí obsah souborů soubor1.txt a soubor2.txt za sebe a výsledek vypíše na obrazovku
spojí obsah souborů soubor1.txt a soubor2.txt vedle sebe a výsledek vypíše na obrazovku
vypíše počet řádků, slov a znaků, které obsahuje soubor soubor.txt
vypíše prvních 15 řádků ze souboru soubor.txt
vypíše posledních 6 řádků ze souboru soubor.txt
cat spojí obsah více souborů do jednoho (za sebe), případně vypíše obsah jednoho
souboru
paste spojí obsah více souborů do jednoho (vedle sebe)
wc informace o souboru (počet řádků, slov a znaků)
head vypíše úvodní část souboru
tail vypíše koncovou část souboru
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -22Příkazy
pro cvičení ...
Příkaz tr slouží k transformaci nebo mazání znaků ze standardního vstupu. Výsledek je
zasílán do standardního výstupu.
Příklady:
$ cat soubor.txt | tr --delete "qwe"
$ cat soubor.txt | tr --delete "[:space:]"
$ echo $PATH | tr ":" "\n"
z obsahu souboru soubor.txt odstraní znaky "q", "w" a "e"
z obsahu souboru soubor.txt odstraní všechny bílé znaky
v textu zaslaného příkazem echo budou nahrazeny znaky
":" znakem nového řádku "\n"
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -23Cvičení
II
1. Nalezněte všechny soubory s koncovkou .f90 , které obsahuje adresář
/home/kulhanek/Documents/C2110/Lesson03/ Seznam souborů uložte do souboru
~/Procesy/seznam.txt
2. Kolik řádků obsahuje soubor seznam.txt ?
3. Vypište první dva řádky ze souboru seznam.txt nejdříve na obrazovku a poté do
souboru dva_radky.txt
4. Vypište pouze třetí řádek ze souboru seznam.txt
5. V adresáři /proc nalezněte všechny soubory, které začínají písmeny cpu . Z výpisu
odstraňte informace o nepovoleném přístupu přesměrováním chybového proudu do
/dev/null
6. Vypište adresáře obsažené v proměnné PATH, každý na jeden řádek.
7. Aktivujte modul vmd. Jakým způsobem se změní obsah proměnné PATH?
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -24-
Závěr
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -25-
Závěr
➢Proces je instance běžícího programu. Operační systém zajišťuje
pomocí multitaskingu souběžný běh několika procesů na několika
procesorech.
➢Ke spuštění programu stačí uvést jméno, pokud program existuje
v adresáři uvedeném v proměnné PATH. V opačném případě je
nutné jméno program uvést včetně cesty.
➢Každý proces může využít pro komunikaci s okolím tři proudy.
Uživatel s těmito proudy může manipulovat. Proudy je možné
přesměrovat či spojovat.
➢Program je binární soubor vykonávaný přímo procesorem.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -26Domácí
úkoly
➢ Samostatně procvičujte látku z Lekce 1 až 4
➢ Textové editory
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -27Textové
editory
➢ vi, vim, nano
➢ grafické textové editory (kwrite, gedit, kate)
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -28Textové
editory - instalace
Jednotlivé textové editory si vyzkoušejte ve vaší instalaci Ubuntu 14.04 LTS. Pokud
nebudou dostupné, tak si je nainstalujte následovně:
$ sudo apt-get install vim
$ sudo apt-get install kwrite
$ sudo apt-get install kate
$ sudo apt-get install gedit
$ sudo apt-get install nano
Pokud budete dotázání, zadávejte heslo k vašemu účtu.
Ve výchozí instalaci je instalován vi editor v kompatibilním módu, který je vhodné nahradit
rozšířenou verzí (vim). Instalace viz výše.
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -29vi/vim,
nano
Editor vi / vim je standardním textovým editorem v operačních systémech UNIXového
typu. Pracuje pouze v textovém módu a jeho používání je netriviální.
• Je vhodné se naučit, jak otevřít soubor, přejít do editačního módu, upravovat text, uložit
provedené změny a editor ukončit.
• Umožňuje skriptování (použití proměnných, cyklů, polí, asociativních polí) např. pro
vytvoření automatických textů z načtených dat.
• Přestože v učebně budete spouštět příkaz vi, automaticky se spustí program
vim (Vi IMporoved)
• Mezi původním vi a vim je rozdíl v ovládání.
Editor nano je výchozím textovým editor v některých distribucích (UBUNTU).
• Méně univerzální než vim
• Přímočařejší ovládání
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -30vi
– základy
Pracovní módy editoru
rozšířený příkazový mód příkazový mód vkládací mód
EscEnter
a, c, i, o, s, A, C, I, O, R, S:
Změny souboru
i text bude vkládán od pozice kurzoru
a text bude vkládán za pozici kurzoru
Spuštění editoru Ukončení editoru
$ vi start editoru
$ vi filename start editoru a otevření
souboru filename
:q ukončení editoru
:q! ukončení editoru bez uložení
změn
:w uložení souboru
:w filename uložení souboru po jménem
filename
:wq ukončení s uložením souboru
Další funkcionalita – doprovodný dokument!
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -31-
nano
Přímočařejší ovládání – menu v dolní části napovídá možné akci. Pro volbu akce slouží
kombinace nebo samostatná písmena
^písmeno – např. ^X je kombinace Ctrl + X
M-písmeno – např. M-M je kombinace Alt+M
Spuštění editoru
$ nano start editoru
$ nano filename start editoru a otevření souboru filename
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -32-
kwrite
Rozšířená funkcionalita: kate
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -33-
gedit
C2110 Operační systém UNIX a základy programování 4. lekce -34Domácí
úkoly
1. V editoru vi napište text, který bude obsahovat deset řádků. Na každém řádku
budou dvě a více slov. Text uložte do souboru mojedata.txt
2. Příkazem wc ověřte, že soubor mojedata.txt má skutečně deset řádků.
3. Za použití rour(y) napište sekvenci příkazů, které na obrazovku vypíší pouze počet
slov v souboru mojedata.txt
4. V grafickém textovém editoru (dle vašeho výběru) vytvořte soubor, který bude
obsahovat deset slov, každé slovo na novém řádku. Text uložte do souboru
druha_data.txt
5. Pomocí příkazu paste vytvořte soubor vsechna_data.txt , který bude obsahovat
obsah souborů mojedata.txt a druha_data.txt vedle sebe.
6. Příkazem wc ověřte, že soubor vsechna_data.txt obsahuje právě deset řádků.
7. Soubor vsechna_data.txt otevřete v grafickém textovém editoru a jeho obsah
ověřte vizuálně.
8. Vyzkoušejte si práci v jednotlivých textových editorech a vyberte si ten, se kterým se
vám nejlépe pracuje.