Python: općenite usluge operacijskog sustava: osnovna sučelja

• module os (službena dokumentacija) pruža prenosiv način za pristup sučeljima operacijskog sustava

  • prenosiv u terminima da radi na više različitih operacijskih sustava (operacijski sustavi slični Unixu i Windows)
  • u dokumentaciji svake pojedine funkcije piše dostupnost; velik broj funkcija su specifične za operacijske sustave slične Unixu ili dostupne na operacijskim sustavima sličnim Unixu i na Windowsima, a manji broj funkcija su isključivo dostupne na Windowsima

Dohvaćanje informacija i izvođenje osnovnih operacija

• os.uname() vraća informacije o operacijskom sustavu u objektu koji ima atribute sysname, nodename, release, version i machine, slično kao naredba uname; primjerice, kod

  import os
  
  uname = os.uname()
  print(uname.sysname)
  

  ispisat će Linux, FreeBSD, ... (radi samo na operacijskim sustavima sličnim Unixu)

• os.getlogin() vraća korisničko ime korisnika kojem pripada proces (radi na operacijskim sustavima sličnim Unixu i na Windowsima)

• os.kill(pid, sig) šalje signal sig procesu s PID-om pid, slično kao naredba kill
• os.nice(increment) povećava niceness procesa, slično kao naredba nice
• os.getpid() vraća PID procesa interpretera
• os.getppid() vraća PID roditelja (PPID) procesa interpretera

• razlikujemo dva tipa korisničkih (UID) i grupnih ID-eva (GID)

  • stvarni UID i GID utječu na dozvole za slanje signala procesima
  • efektivni UID i GID utječu na dozvole za stvaranje i pristup datotekama

• uglavnom će biti isti dok ih ne promijenimo funkcijama za postavljanje ID-eva

• os.getuid() dohvaća stvarni UID

• os.setuid(uid) postavljan stvarni UID na brojačnu vrijednost uid
• os.getgid() dohvaća stvarni GID

• os.setgid(gid) postavljan stvarni GID na brojčanu vrijednost gid

• os.geteuid() dohvaća efektivni UID

• os.seteuid(euid) postavljan efektivni UID na brojčanu vrijednost euid
• os.getegid() dohvaća efektivni GID

• os.setegid(egid) postavljan efektivni GID na brojčanu vrijednost egid

• os.getgroups() dohvaća popis grupa korisnika

• os.setgroups(groups) postavlja popis grupa korisnika na listu brojčanih vrijednosti groups

• os.umask(mask) postavlja korisničku masku na vrijednost mask
• os.getcwd() vraća trenutni radni direktorij procesa
• os.chdir(path) mijenja trenutni radni direktorij procesa u path
• os.listdir(path) izlistava sadržaj direktorija, kao rezultat vraća listu znakovnih nizova koji su imena datoteka i poddirektorija

• os.ttyname(fd) vraća ime terminala koji je povezan na opisnik datoteke fd

  • opisnici datoteka koje ima svaki proces su 0 (standardni ulaz), 1 (standardni izlaz) i 2 (standardni izlaz za greške); npr. os.ttyname(0) vratit će ime terminala povezanog na standardni ulaz
  • otvaranjem datoteka funkcijom open() proces dobiva opisnike datoteka 3, 4, itd.

• os.environ je rječnik varijabli okoline oblika {'VAR1': 'vrijednost1', 'VAR2': 'vrijednost2', ... }

  • dohvaćanje vrijednosti pojedine varijable: os.environ['IME_VARIJABLE'] ili os.getenv('IME_VARIJABLE')
  • dodavanje nove varijable i postavljanje njene vrijednosti: os.environ['IME_VARIJABLE'] = 'vrijednost varijable'

Pokretanje procesa i podprocesa

• os.exec{l,v{,p,e,pe}}() pokreće proces koji zamjenjuje trenutni proces

  • novi proces zadržava PID i okolinu
  • stog, hrpa i podaci procesa zamjenjuju se novim
  • l -- argumenti naredbe navedeni su kao argumenti funkcije execl()
  • v -- argumenti naredbe navedeni su kao lista koja je jedan arugment funkcije execv()
  • p -- iskoristi varijablu okoline $PATH za pronalaženje datoteke za pokretanje
  • e -- kod pokretanja naredbe prosljeđuje se i rječnik varijabli okoline koje se dodaju os.environ

• os.execl() ima četiri varijante; arg0 je ime naredbe, arg1 i ostali su argumenti koje naredba prima:

  • os.execl(path, arg0, arg1, ...)
  • os.execle(path, arg0, arg1, ..., env)
  • os.execlp(file, arg0, arg1, ...)
  • os.execlpe(file, arg0, arg1, ..., env)

• os.execv() također ima četiri varijante; args[0] je ime naredbe, args[1] i ostali su argumenti koje naredba prima:

  • os.execv(path, args)
  • os.execve(path, args, env)
  • os.execvp(file, args)
  • os.execvpe(file, args, env)

• primjerice, kako bismo pokrenuli cal koja se nalazi u /usr/bin/cal s parametrom -3 i argumentima 5 i 2020 (prikaz kalendara za travanj, svibanj i lipanj 2020. godine, naredba u ljusci cal -3 5 2020), pozvat ćemo bilo koju od sljedećih funkcija:

  • os.execl('/usr/bin/cal', 'cal', '-3', '5', '2020')
  • os.execv('/usr/bin/cal', ['cal', '-3', '5', '2020'])
  • os.execlp('cal', 'cal', '-3', '5', '2020')
  • os.execvp('cal', ['cal', '-3', '5', '2020'])

• za ilustraciju prosljeđivanja varijabli okoline, razmotrimo DEC VT52, hardverski terminal iz 1975. godine koji se može emulirati postavljanjem varijable ljuske $TERM na vrijednost vt52 i na kojemu ne postoji mogućnost inverzije boje pozadine i boje teksta pa naredba cal kod ispisa ne označava trenutni datum; naredba u ljusci TERM=vt52 cal -3 5 2020 imat će isti rezultat kao pozivi funkcija:

  • os.execl('/usr/bin/cal', 'cal', '-3', '5', '2020', {'TERM': 'vt52'})
  • os.execv('/usr/bin/cal', ['cal', '-3', '5', '2020'], {'TERM': 'vt52'})
  • os.execlp('cal', 'cal', '-3', '5', '2020', {'TERM': 'vt52'})
  • os.execvp('cal', ['cal', '-3', '5', '2020'], {'TERM': 'vt52'})

• zombie proces, ponekad nazvan mrtav proces (engl. defunct process), proces koji je završio s izvođenjem ali i dalje ima unos u tablici procesa zbog potrebe da njegov roditelj pročita izlazni status

• os.fork() stvara kopiju procesa; procesu roditelju vraća PID procesa djeteta, procesu djetetu vraća 0 (na temelju toga ih razlikujemo)

  import os
  
  child_pid = os.fork()
  print("Ovo ispisuju oba procesa")
  if child_pid == 0:
      print("Ovo ipisuje samo proces dijete")
  else:
      print("Ovo ispisuje samo proces roditelj")
  

• os.wait() čeka na završetak izvođenja procesa djeteta; vraća uređeni par (pid, status)

  import os
  
  child_pid = os.fork()
  print("Ovo ispisuju oba procesa")
  if child_pid == 0:
      print("Ovo ipisuje samo proces dijete")
  else:
      print("Ovo ispisuje samo proces roditelj")
      pid, status = os.wait()
      print("Proces dijete s PID-om", pid, "završio je izvođenje s izlaznim statusom", status)
  

• grupa procesa je skup koji se sastoji od jednog ili više procesa

  • identifikator grupe procesa (engl. Process Group Identifier, PGID) jednak je PID-u procesa koji je voditelj grupe
  • specijalno, kontrolne grupe (engl. control groups, kraće cgroups) omogućuju ograničavanje i praćenje korištenja resursa od strane grupa procesa

• sesija je skup koji se sastoji od jedne ili više procesnih grupa

  • postoji definiran proces koji je voditelj sesije
  • procesi jedne sesije mogu stvarati procesne grupe samo unutar te sesije

• os.getsid(pid) vraća id sesije procesa s PID-om pid

• os.setsid() stvara novu sesiju u kojoj trenutni proces postaje voditelj i sesije i vlastite procesne grupe

• upravljački terminal (engl. controlling terminal, CTTY) je terminal koji može biti pridružen sesiji

  • odlučuje o stvarima kao što su koji proces prima ulaz s tipkovnice i kako procesi primaju informacije o promjeni veličine prozora terminala
  • upravljački terminal se može mijenjati
  • sesija koja nema upravljački terminal dobiva ga kad voditelj otvori prvu datoteku

• daemon proces je proces pokrenut u pozadini, bez terminala koji njime upravlja, često bez roditelja zbog čega ga posvaja proces s PID-om 1 (init)

  • primjeri takvih procesa su sshd, httpd, syslogd, ospfd, ntpd, acpid, ...

  • nastaje dvostrukim forkanjem (tzv. double fork magic, poznat i pod nazivom daemon fork) uz neke dodatne operacije:

    • prvi fork() služi za stvaranje procesa djeteta koji zatim mijenja radni direktorij u /, postavlja korisničku masku na 0 i odvaja se od upravljačkog terminala i procesa roditelja tako što postaje voditelj vlastite sesije i procesne grupe pozivom funkcije setsid();
    • drugi fork() osigurava da proces prestaje biti voditelj sesije, kako ne bi bio spojen na upravljački terminal.
    • nakon svakog fork()-a prekida se izvođenja procesa roditelja (npr. pozivom funkcije sys.exit()), što se popularno naziva fork off and die

Author: Vedran Miletić