Ну-ка, ребята, давайте разберемся с этой замороченной историей про процессы и программы! 🤯

Многие думают, что процесс — это просто программа, которая запущена. Типа, запустил игру — значит, у тебя в системе появился процесс. Но это не совсем так.

В реальности всё намного сложнее. Представьте, что ваша программа — это кулинарный рецепт. А процесс — это повар, который готовит блюдо по этому рецепту. 👨‍🍳

Программа, как рецепт, содержит инструкции: как и что нужно делать. Но повар (процесс) — это тот, кто эти инструкции выполняет. Он не просто «читает» рецепт, а реально берет ингредиенты, смешивает, жарит, варит и т.д.

У процесса есть своя «кухня» — область памяти, где он хранит свои ингредиенты (данные), и «инструменты» — набор ресурсов, которые ему нужны для работы.

Программы, библиотеки и ядро: как все это работает

Программы: рецепты для компьютера

Представьте, что ваш компьютер — это большой, умный повар. Чтобы он мог готовить что-нибудь интересное, ему нужна кулинарная книга (программа), полная рецептов (алгоритмов).

Рецепты могут быть написаны на разных языках — от простых, понятных только компьютеру (машинный язык), до более сложных, которые понимают люди (языки высокого уровня).

Например, программа «Калькулятор» содержит алгоритмы сложения, вычитания, умножения и деления.

Переводчики: с человеческого на машинный

Но как компьютер, который понимает только машинный язык, может приготовить блюдо по рецепту, написанному на языке высокого уровня? Для этого нужны специальные переводчики (компиляторы и интерпретаторы).

Компилятор — это как профессиональный переводчик, который переводит всю кулинарную книгу сразу на машинный язык. После этого компьютер может приготовить любое блюдо из этой книги.

Интерпретатор — это как устный переводчик, который переводит рецепт пошагово, сразу же после перевода выполняя каждую инструкцию.

Например, командная строка Linux — это интерпретатор. Она переводит вводимые пользователем команды на машинный язык и сразу же выполняет их.

Алгоритмы: пошаговые инструкции

Алгоритм — это набор инструкций, которые нужно выполнить в определенном порядке, чтобы решить конкретную задачу.

Например, алгоритм «Сложение» состоит из следующих инструкций:

1. Взять два числа.
2. Сложить их.
3. Вывести результат.

Алгоритмы могут быть последовательными и параллельными.

Последовательный алгоритм — это как рецепт, который нужно выполнять пошагово. Каждая инструкция выполняется по очереди, ожидая, пока предыдущая будет завершена.

Параллельный алгоритм — это как рецепт, который можно разбить на несколько независимых частей, и каждую часть можно готовить отдельно, одновременно.

Например, алгоритм «Загрузка веб-страницы» может быть разбит на следующие независимые части:

1. Запрос сервера.
2. Загрузка изображений.
3. Загрузка текста.

Библиотеки: готовые решения

Библиотеки — это коллекции готовых рецептов, которые могут быть использованы в других программах.

Например, библиотека «Математические функции» содержит рецепты для вычисления квадратного корня, синуса, косинуса и т.д.

Библиотеки позволяют программистам создавать новые программы быстрее и проще, используя готовые решения.

Ядро Linux: мозг операционной системы

Ядро Linux — это «мозг» операционной системы. Оно отвечает за управление всеми ресурсами компьютера и обеспечивает работу всех программ.

Ядро Linux состоит из двух частей:

1. Стартовый модуль — это «базовый рецепт», который загружается при запуске компьютера.
2. Динамически подключаемые модули — это «дополнительные рецепты», которые можно подключать по мере необходимости.

Модули ядра могут быть разными — от драйверов устройств, которые управляют железом, до сетевых протоколов, которые обеспечивают связь с другими компьютерами.

Драйверы устройств: переводчики между железом и программным обеспечением

Драйверы устройств — это «переводчики», которые позволяют компьютеру «говорить» с железом.

Например, драйвер видеокарты позволяет компьютеру отображать картинки на экране, а драйвер мыши — управлять курсором с помощью мыши.

Как проверить, какие драйверы установлены?

Чтобы узнать, какие драйверы установлены в вашей системе, можно использовать команды lspci и lsusb. Они просканируют системные файлы и покажут список устройств и их драйверов.

Помните: все эти компоненты работают вместе, чтобы осуществить магию операционной системы.

Процессы и нити: Как компьютер управляет многозадачностью

Введение: Многозадачность и потребление ресурсов

Представьте, что ваш компьютер — это многозадачный шеф-повар, который может готовить несколько блюд одновременно. Но у него есть ограниченное количество ингредиентов (память), посуды (устройства ввода-вывода) и времени на работу с плитой (процессор).

Как компьютер управляет многозадачностью?

Для этого используются два ключевых понятия: процессы и нити.

Процессы: Отдельные кухни для программ

Процессы — это как отдельные кухни в большом ресторане. Каждая кухня имеет свою собственную печь, плиту, посуду и наборы ингредиентов. На каждой кухне работает отдельный повар, который готовит по своему рецепту.

Преимущества отдельных кухонь:

• Изоляция: Если один повар неправильно использует ингредиенты или запачкает посуду, это не затронет другие кухни.
• Разделение ресурсов: Каждой кухне достается определенная часть ресурсов (ингредиенты, посуда, время работы плиты), чтобы не возникло конфликтов за дефицитные товары.

Процессы в операционной системе:

• Каждая программа выполняется в своем отдельном процессе — как бы на своей кухне.
• Процессы не могут прямо доступать к ресурсам других процессов, только к своим.
• Операционная система управляет процессами, распределяя между ними время используемого процессора (как бы устанавливая очередность работы на плите).

Пример:

Когда вы запускаете браузер Firefox, он выполняется в отдельном процессе. Этот процесс имеет свою собственную память, файлы и другие ресурсы.

Нити: Несколько поваров на одной кухне

Нити — это как несколько поваров, работающих на одной кухне. У них общие ингредиенты, посуда и плита, но каждый готовит свою часть блюда.

Преимущества нескольких поваров на одной кухне:

• Эффективность: Если у одного повара есть свободное время, он может помочь другому повару, чтобы быстрее приготовить блюдо.
• Общий доступ к ресурсам: Повара могут легко обмениваться ингредиентами и посудой, чтобы быстрее и проще готовить сложные блюда.

Нити в операционной системе:

• Нити — это легковесные процессы, которые работают в одном процессе.
• Нити могут доступать к ресурсам своего процесса.
• Операционная система может переключаться между нитями, распределяя между ними время используемого процессора (как бы устанавливая очередность работы у плиты).

Пример:

В браузере Firefox используются нити для параллельной загрузки изображений и текста с веб-страницы. Все эти нити работают в одном процессе и могут легко обмениваться данными между собой.

Дерево процессов: Как организованы кухни

Процессы в операционной системе организованы в виде дерева. У каждого процесса может быть несколько дочерних процессов (как бы кухни, открытые из одной кухни).

Пример:

• Главный процесс (корень дерева) — это процесс init, который запускается при загрузке системы.
• Процесс bash (командная строка) запускается из init и может порождать дочерние процессы для выполнения команд пользователя.
• Процесс firefox (браузер) запускается из bash и может порождать дочерние процессы для загрузки веб-страниц.

Порождение процессов и нитей: Как открываются кухни и приглашаются повара

Порождение процесса:

• Процесс может порождать дочерние процессы с помощью системного вызова fork.
• Дочерний процесс получает копию ресурсов родительского процесса (как бы открывает новую кухню с таким же оборудованием).
• Дочерний процесс может затем запустить новую программу с помощью системного вызова exec.

Порождение нити:

• Процесс может порождать новые нити с помощью библиотеки pthreads.
• Новые нити получают доступ к ресурсам родительского процесса (как бы приглашаются новые повара на ту же кухню).

Запуск программ: Как готовить блюда

Чтобы запустить программу, нужно сделать следующее:

1. Породить процесс: Создать новую «кухню» с помощью fork.
2. Запустить программу: Заменить содержимое процесса новой программой с помощью exec.

Пример: Когда вы вводите команду ls в командной строке, bash порождает новый процесс и запускает в нем программу ls.

Фоновое выполнение программ: Приготовление блюд «на заказ»

Фоновое выполнение: Это как приготовление блюда «на заказ».

• Вы можете заказать блюдо и оставить его готовиться (запустить программу в фоновом режиме).
• Вы можете продолжать работать с другими задачами (использовать другие процессы или нити).
• Когда блюдо будет готово (программа завершится), вам придет уведомление (сигнал SIGCHLD).

Параллельное выполнение программ: Готовим несколько блюд одновременно

Параллельное выполнение: Это как приготовление нескольких блюд одновременно.

• В Linux параллельное выполнение программ осуществляется с помощью процессов или нитей.
• Для больших и сложных задач часто используются многопроцессные программы (как бы несколько кухонь, работающих параллельно).
• Для более легких задач используются многонитевые программы (как бы несколько поваров на одной кухне, работающих параллельно).

Двойственность процессов и нитей в Linux: Гибкость управления

В Linux процессы и нити являются двумя сторонами одной медали.

• С помощью системного вызова clone можно порождать задачи с разными степенями изоляции и доступа к ресурсам.
• fork и pthread_create — это просто «обертки» над clone, которые задают определенные параметры изоляции и доступа к ресурсам.

В итоге, процессы и нити — это мощные инструменты для управления выполнением программ в Linux. Они позволяют эффективно использовать ресурсы компьютера и создавать сложные и эффективные системы.

Дерево процессов: Как компьютер организует свою работу

Вступление: Прародитель процессов и его задачи

Представьте, что ваш компьютер — это большой ресторан, где работают множество поваров, каждый из которых готовит свое блюдо. Каждый повар — это процесс, который выполняет какую-то задачу.

Главный повар — это процесс init (в современных системах — systemd). Он запускается при загрузке компьютера и отвечает за организацию работы всех остальных поваров.

Что делает init?

• Он запускает системные службы, которые обеспечивают работу компьютера — как бы «включает» важные кухни (сетевые услуги, графический интерфейс, управление периферийными устройствами и т.д.).
• Он следит за тем, чтобы все «кухни» работали правильно и перезапускает их в случае неполадок.
• Он также «усыновляет» сиротских поваров, которые остались без родительского процесса.

Дерево процессов: Как связаны между собой кухни

Процессы в компьютере связаны между собой как бы в виде дерева. У каждого процесса может быть несколько дочерних процессов, которые были запущены им.

Например:

• init — это корень дерева.
• bash (командная строка) — это дочерний процесс init.
• firefox (браузер) — это дочерний процесс bash.

Как посмотреть дерево процессов?

• pstree — показывает дерево процессов в текстовом виде.
• ps — показывает список процессов с их идентификаторами и связями.

Классификация процессов: Разные кухни для разных задач

Процессы в компьютере можно разделить на три категории:

• Системные (ядерные) — это процессы, которые выполняют самые важные задачи операционной системы — как бы «кухни», которые «работают не видимо».
• Демоны — это процессы, которые выполняют системные службы, которые работают в фоновом режиме — как бы «кухни», которые работают «на заказ» и не требуют прямого взаимодействия с пользователем.
• Прикладные — это процессы, которые выполняют обычные программы, с которыми взаимодействует пользователь — как бы «кухни», которые «готовят видимые блюда».

Пример:

• ksoftirqd — это системный процесс, который управляет прерываниями в компьютере.
• rsyslogd — это демон, который записывает системные сообщения в журнал.
• firefox — это прикладной процесс, который выполняет браузер Firefox.

Резюме: Как компьютер управляет многозадачностью

Процессы — это фундаментальный механизм управления многозадачностью в компьютере. Они позволяют компьютеру выполнять множество задач одновременно, эффективно используя ресурсы системы. Дерево процессов — это структура, которая показывает, как все эти задачи связаны между собой.

Атрибуты процесса: Как компьютер «понимает» свои программы

Введение: Атрибуты — ключ к возможностям процесса

Представьте, что ваш компьютер — это большой город, где живут множество людей. Каждый человек — это процесс, который может делать разные вещи. Но чтобы он мог свободно ходить по городу, ему нужны права доступа — как бы «пропуск», который позволяет ему входить в разные здания (файлы), ездить на транспорте (использовать устройства ввода-вывода) и взаимодействовать с другими жителями (другими процессами).

Атрибуты процесса — это как «пропуска», которые определяют его права и возможности.

Маркеры доступа: «Пропуска» для файлов

DAC-маркеры доступа: Это как «пропуска», которые позволяют процессам входить в разные здания (файлы) в городе.

• RUID/EUID: Это как «имя» и «прозвище» человека. RUID — это «настоящее имя» процесса, а EUID — это «имя», которое он использует для входа в здания (файлы).
• RGID/EGID: Это как «группа», к которой принадлежит человек. RGID — это «настоящая группа» процесса, а EGID — это «группа», которую он использует для входа в здания (файлы).

Пример:

Когда вы заходите в компьютер, вашему процессу bash (командная строка) присваиваются RUID/EUID и RGID/EGID, равные вашему имени пользователя и группе.

SUID/SGID: Это как «специальные пропуска», которые позволяют процессу входить в здания (файлы) от имени другого человека (пользователя или группы).

Пример:

Программе passwd (смена пароля) присваивается SUID — как бы «пропуск», позволяющий ей входить в файл shadow (хранит пароли пользователей) от имени root (администратор).

MAC-маркеры доступа: «Пропуска» с более строгими правилами

MAC-маркеры доступа: Это как «пропуска», которые позволяют процессам входить в здания (файлы), но с более строгими правилами — как бы «пропуска», которые учитывают не только «имя» и «группу», но и «тип» здания (файла) и «тип» человека (процесса).

Пример:

В системе SELinux (Security Enhanced Linux) процессам присваивается LABEL — как бы «пропуск», который определяет его тип (например, «обычный пользователь», «сервер», «приложение»).

Пример:

Процесс dhclient (клиент DHCP), запускаемый от имени root, может получить LABEL «dhcpc_t», который ограничивает его возможности доступа к файлам и другим ресурсам.

Привилегии: «Дополнительные права» процесса

Привилегии (capabilities): Это как «дополнительные права», которые позволяют процессу делать определенные вещи — как бы «пропуска», которые дают ему специальные возможности в городе.

Пример:

• CAP_NET_RAW — позволяет процессу создавать «необработанные» сетевые сокеты (как бы «пропуск» в «сеть» города).
• CAP_SYS_NICE — позволяет процессу изменять приоритет других процессов (как бы «пропуск» в «управление транспортом»).

Суперпользователь root — это как «мэр» города, который имеет все «пропуска» и «права».

Как изменить привилегии процесса?

• setcap — устанавливает «файловые» привилегии для программ.

Пример:

Чтобы программа ping могла создавать «необработанные» сетевые сокеты, ей нужно дать «пропуск» CAP_NET_RAW.

Другие атрибуты: Важные детали

Переменные окружения: Это как «заметки» о процессе, которые он носит с собой — как бы «бумажник» с «визитными карточками» других процессов.

Текущий рабочий каталог: Это как «дом» процесса — как бы «адрес» в городе, где он находится.

Резюме: Атрибуты — важный компонент безопасности

Атрибуты процесса — это ключевой элемент безопасности в Linux. Они определяют, что может делать процесс и к каким ресурсам он имеет доступ. Правильное управление атрибутами процессов — это основа для создания безопасных и надежных систем.

Заключение

Изучение процессов и их атрибутов — это путешествие в сердце операционной системы Linux. Это позволяет нам понять, как компьютер управляет многозадачностью и обеспечивает безопасность для наших данных.

Помните, что Linux — это мощная и гибкая система, которая предоставляет нам широкие возможности для управления процессами и их атрибутами.

Используйте эти знания с умом и создавайте безопасные и эффективные системы!