如何根据Linux系统调用实现后台处理?

时间:2016-04-14 22:57:22

标签: linux bash system-calls background-process

如何根据Linux系统调用实现后台处理(例如,在Bash中)?

我的问题的目的是我不明白为什么bash手册说

  

在子shell环境中调用异步命令,

(如果我是正确的,“aynchronous commands”意味着在后台运行命令), 而通过使用strace,我发现父shell进程首先调用clone()来创建一个子shell,它是自身的副本,然后子shell调用execve()来替换子shell本身具有在后台运行的命令。

这就像运行前台进程一样。我没有看到在子shell中调用该命令。 如果我是正确的,在子shell中调用命令意味着子shell调用clone()来创建子子shell,然后subsubshel​​l调用execve()以使用在后台运行的命令替换subsubshel​​l本身。但实际上,子shell不会调用clone()

例如,

在Ubuntu中,我在一个交互式bash shell中运行date,其pid为6913,同时通过strace跟踪来自另一个交互式bash shell的bash shell。

运行date时,跟踪第二个shell中第一个shell 6913的输出是:

$ sudo strace -f -e trace=process -p 6913
[sudo] password for t: 
Process 6913 attached
clone(Process 12918 attached
child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7f457c05ca10) = 12918
[pid  6913] wait4(-1,  <unfinished ...>
[pid 12918] execve("/bin/date", ["date"], [/* 66 vars */]) = 0
[pid 12918] arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7ff00c632740) = 0
[pid 12918] exit_group(0)               = ?
[pid 12918] +++ exited with 0 +++
<... wait4 resumed> [{WIFEXITED(s) && WEXITSTATUS(s) == 0}], WSTOPPED|WCONTINUED, NULL) = 12918
--- SIGCHLD {si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=12918, si_status=0, si_utime=0, si_stime=0} ---
wait4(-1, 0x7ffea6781518, WNOHANG|WSTOPPED|WCONTINUED, NULL) = -1 ECHILD (No child processes)

运行date &时,跟踪第二个shell中第一个shell 6913的输出是:

$ sudo strace -f -e trace=process -p 6913
Process 6913 attached
clone(Process 12931 attached
child_stack=0, flags=CLONE_CHILD_CLEARTID|CLONE_CHILD_SETTID|SIGCHLD, child_tidptr=0x7f457c05ca10) = 12931
[pid 12931] execve("/bin/date", ["date"], [/* 66 vars */]) = 0
[pid 12931] arch_prctl(ARCH_SET_FS, 0x7f530c5ee740) = 0
[pid 12931] exit_group(0)               = ?
[pid 12931] +++ exited with 0 +++
--- SIGCHLD {si_signo=SIGCHLD, si_code=CLD_EXITED, si_pid=12931, si_status=0, si_utime=0, si_stime=0} ---
wait4(-1, [{WIFEXITED(s) && WEXITSTATUS(s) == 0}], WNOHANG|WSTOPPED|WCONTINUED, NULL) = 12931
wait4(-1, 0x7ffea6780718, WNOHANG|WSTOPPED|WCONTINUED, NULL) = -1 ECHILD (No child processes)

2 个答案:

答案 0 :(得分:1)

  

子shell不会调用clone()

这是一个明确的优化。 bash意识到如果子shell的唯一工作是同步执行单个外部命令,那么做另一个昂贵的fork是没有意义的。来自execute_cmd.c

/* If this is a simple command, tell execute_disk_command that it
     might be able to get away without forking and simply exec.
     This means things like ( sleep 10 ) will only cause one fork.
     If we're timing the command or inverting its return value, however,
     we cannot do this optimization. */

datedate &之间唯一真正的系统调用差异因此后者不会跟wait

bash手册提到的更有趣的情况是运行非外部命令。 let i++let i++ &之间的区别在于前者是由bash本身评估的,而后者是由子shell评估然后退出,因此没有效果。

答案 1 :(得分:1)

文本&#34;异步命令在子shell环境中调用&#34; 并不具体指代后台,因为后台是来自&#34; POSIX作业的交互式概念控制&#34 ;.而异步命令以交互方式或非交互方式发生。

&#34;在子shell环境中调用&#34; 只是shell术语,这意味着发生了fork,这些命令在子进程中运行,无法修改变量在父母和其他州:

$ VAR=value &
[1] 15479
[1]+  Done                    VAR=value
$ echo $VAR
$

因为变量赋值在子shell中运行,所以它在父shell中没有效果。

后台在系统调用方面的工作原理是POSIX作业控制围绕一组进程进行,这些进程被组织成进程组,进程组属于一个连接到控制终端的会话。会话中一次只有一个组是前台进程组

设计围绕组而不是单个过程的原因是因为当使用管道时,作业由多个过程组成。例如,sort -u file | grep foo创建一个包含两个进程的进程组。

shell本身也在一个进程组中。当shell提示您输入时,该进程组位于前台。当shell在前台执行作业时,它会通过一些特殊的作业控制系统调用将自己置于后台。

当您将Ctrl-Z发送到TTY时,它会为前台进程组中的每个进程生成一个SIGTSTP信号。 shell检测到子状态的这种变化(通过waitpid或其他一些),然后将该组重新播放到后台,再次将其置于前台,以接收TTY输入。

当您与shell通信时,所有作业都在后台,无论它们是否正在运行:shell是前台进程组,因此所有其他作业都不是。使用bg命令,您只需更改挂起的后台作业的运行状态。 Ctrl-Z发送了一个暂停它的SIGTSTP,shell将其移动到后台。 bg将恢复它,允许它执行。但是,如果后台作业已恢复并尝试从TTY获取输入,则会收到SIGTTIN信号并再次暂停:

$ cat &
[1] 12620
$ bg
[1]+ cat &
$     # hit Enter 
[1]+  Stopped                 cat
$ bg
[1]+ cat &
$     # hit Enter
[1]+  Stopped                 cat

cat想要读取tty,所以当我们把它放在后台时,它会从内核的TTY子系统中获取SIGTTIN来阻止它。 shell会像Ctrl-Z / SIGTSTP一样检测到这种信号驱动的状态变化,并打印一条消息,告诉我们该作业已停止。每当我们bg它(恢复它)时,同样的事情就会发生。 shell调度cat(可能带有SIGCONT),并且cat立即恢复尝试从TTY获取输入,并以#34响应;您不是...的成员前台进程组,坏小猫:SIGTTIN为你&#34;。所有这一切,cat永远不会离开背景。