<h2>1. Übersicht<aclass="headerlink"href="#ubersicht"title="Permalink to this headline">¶</a></h2>
<p>In diesem Praktikum werden wir uns mit Prozessen, Prozesshierarchien und Threads beschäftigen, um ein gutes Grundverständnis dieser Abstraktionen zu erhalten. Sie werden bestehenden Code analysieren und damit experimentieren. D.h. dies ist nicht ein «Codierungs»-Praktikum, sondern ein «Analyse»- und «Experimentier»-Praktikum.</p>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="nachweis">
<h3>1.1 Nachweis<aclass="headerlink"href="#nachweis"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p>Dieses Praktikum ist eine leicht abgewandelte Variante des ProcThreads Praktikum des Moduls BSY, angepasst an die Verhältnisse des SNP Moduls. Die Beispiele und Beschreibungen wurden, wo möglich, eins-zu-ein übernommen.</p>
<p>Als Autoren des BSY Praktikums sind genannt: M. Thaler, J. Zeman.</p>
</section>
</section>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="lernziele">
<h2>2. Lernziele<aclass="headerlink"href="#lernziele"title="Permalink to this headline">¶</a></h2>
<p>In diesem Praktikum werden Sie sich mit Prozessen, Prozesshierarchien und Threads beschäftigen. Sie erhalten einen vertieften Einblick und Verständnis zur Erzeugung, Steuerung und Terminierung von Prozessen unter Unix/Linux und Sie werden die unterschiedlichen Eigenschaften von Prozessen und Threads kennenlernen.</p>
<ulclass="simple">
<li><p>Sie können Prozesse erzeugen und die Prozesshierarchie erklären</p></li>
<li><p>Sie wissen was beim Erzeugen eines Prozesses vom Elternprozess vererbt wird</p></li>
<li><p>Sie wissen wie man auf die Terminierung von Kindprozessen wartet</p></li>
<li><p>Sie kennen die Unterschiede zwischen Prozessen und Threads</p></li>
</ul>
</section>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="aufgaben">
<h2>3. Aufgaben<aclass="headerlink"href="#aufgaben"title="Permalink to this headline">¶</a></h2>
<p>Das Betriebssystem bietet Programme um die aktuellen Prozesse und Threads darzustellen.</p>
<p>Die Werkzeuge kommen mit einer Vielzahl von Optionen für die Auswahl und Darstellung der Daten, z.B. ob nur Prozesse oder auch Threads aufgelistet werden sollen, und ob alle Prozesse oder nur die «eigenen» Prozesse ausgewählt werden sollen, etc.</p>
<p>Siehe die entsprechenden <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">man</span></code> Pages für weitere Details.</p>
<p>Eine Auswahl, welche unter Umständen für die folgenden Aufgaben nützlich sind:</p>
<tdclass="text-left"><p>Wie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ps</span></code>, aber die Darstellung wird in Zeitintervallen aufdatiert.</p></td>
<tdclass="text-left"><p>Wie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">top</span></code>, aber zusätzlich dazu die Auslastung der CPU in einem System mit mehreren CPUs.</p></td>
<tdclass="text-left"><p>Ähnlich zu <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">lscpu</span></code>, aber mit Zusatzinformationen wie enthaltene CPU Bugs (z.B. <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">bugs:</span><spanclass="pre">cpu_meltdown</span><spanclass="pre">spectre_v1</span><spanclass="pre">spect-re_v2</span><spanclass="pre">spec_store_bypass</span><spanclass="pre">l1tf</span><spanclass="pre">mds</span><spanclass="pre">swapgs</span><spanclass="pre">itlb_multihit</span></code>)</p></td>
</tr>
</tbody>
</table>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="aufgabe-1-prozess-mit-fork-erzeugen">
<h3>3.1 Aufgabe 1: Prozess mit fork() erzeugen<aclass="headerlink"href="#aufgabe-1-prozess-mit-fork-erzeugen"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, wie mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">fork()</span></code> Prozesse erzeugt werden.</p></li>
<li><p>Verstehen, wie ein Programm, das <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">fork()</span></code> aufruft, durchlaufen wird.</p></li>
</ul>
<p><strong>Aufgaben</strong></p>
<olclass="arabic">
<li><p>Studieren Sie zuerst das Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA1.c</span></code> und beschrieben Sie was geschieht.</p>
<li><p>Notieren Sie sich, was ausgegeben wird. Starten Sie das Programm und vergleichen Sie die Ausgabe mit ihren Notizen? Was ist gleich, was anders und wieso?</p>
<h3>3.2 Aufgabe 2: Prozess mit fork() und exec(): Programm Image ersetzen<aclass="headerlink"href="#aufgabe-2-prozess-mit-fork-und-exec-programm-image-ersetzen"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>An einem Beispiel die Funktion <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">execl()</span></code> kennenlernen.</p></li>
<li><p>Verstehen, wie nach <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">fork()</span></code> ein neues Programm gestartet wird.
<strong>Aufgaben</strong></p></li>
</ul>
<olclass="arabic">
<li><p>Studieren Sie zuerst die Programme <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA2.c</span></code> und <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ChildProcA2.c</span></code>.</p></li>
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA2.e</span></code> und vergleichen Sie die Ausgabe mit der Ausgabe unter Aufgabe 1. Diskutieren und erklären Sie was gleich ist und was anders.</p>
<li><p>Benennen Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ChildProcA2.e</span></code> auf <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ChildProcA2.f</span></code> um (Shell Befehl <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">mv</span></code>) und überlegen Sie, was das Programm nun ausgibt. Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA2.e</span></code> und vergleichen Sie Ihre Überlegungen mit der Programmausgabe.</p>
<li><p>Nennen Sie das Kindprogramm wieder <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ChildProcA2.e</span></code> und geben Sie folgenden Befehl ein: <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">chmod</span><spanclass="pre">-x</span><spanclass="pre">ChildProcA2.e</span></code>. Starten Sie wiederum <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA2.e</span></code> und analysieren Sie die Ausgabe von <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">perror("...")</span></code>. Wieso verwenden wir <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">perror()</span></code>?</p>
<h3>3.3 Aufgabe 3: Prozesshierarchie analysieren<aclass="headerlink"href="#aufgabe-3-prozesshierarchie-analysieren"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, was <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">fork()</span></code> wirklich macht.</p></li>
<li><p>Verstehen, was Prozesshierarchien sind.</p></li>
</ul>
<p><strong>Aufgaben</strong></p>
<olclass="arabic simple">
<li><p>Studieren Sie zuerst Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA3.c</span></code> und zeichnen Sie die entstehende Prozesshierarchie (Baum) von Hand auf. Starten Sie das Programm und verifizieren Sie ob Ihre Prozesshierarchie stimmt.</p></li>
<li><p>Mit dem Befehl <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ps</span><spanclass="pre">f</span></code> oder <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">pstree</span></code> können Sie die Prozesshierarchie auf dem Bildschirm ausgeben. Damit die Ausgabe von <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">pstree</span></code> übersichtlich ist, müssen Sie in dem Fenster, wo Sie das Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA3.e</span></code> starten, zuerst die PID der Shell erfragen, z.B. über <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">echo</span><spanclass="pre">$$</span></code>. Wenn Sie nun den Befehl <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">pstree</span><spanclass="pre">-n</span><spanclass="pre">-p</span><spanclass="pre">pid-von-oben</span></code> eingeben, wird nur die Prozesshierarchie ausgehend von der Bash Shell angezeigt: <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">-n</span></code> sortiert die Prozesse numerisch, <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">-p</span></code> zeigt für jeden Prozess die PID an.</p></li>
</ol>
<p><strong>Hinweis:</strong> alle erzeugten Prozesse müssen arbeiten (d.h. nicht terminiert sein), damit die Darstellung gelingt. Wie wird das im gegebenen Programm erreicht?</p>
<h3>3.4 Aufgabe 4: Zeitlicher Ablauf von Prozessen<aclass="headerlink"href="#aufgabe-4-zeitlicher-ablauf-von-prozessen"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, wie Kind- und Elternprozesse zeitlich ablaufen.</p></li>
</ul>
<p><strong>Aufgaben</strong></p>
<olclass="arabic">
<li><p>Studieren Sie Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA4.c.</span></code> Starten Sie nun mehrmals hintereinander das Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA4.e</span></code> und vergleichen Sie die jeweiligen Outputs (leiten Sie dazu auch die Ausgabe auf verschiedene Dateien um). Was schliessen Sie aus dem Resultat?</p>
<p><strong>Anmerkung:</strong> Der Funktionsaufruf <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">selectCPU(0)</span></code> erzwingt die Ausführung des Eltern- und Kindprozesses auf CPU 0 (siehe Modul <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">setCPU.c</span></code>). Die Prozedur <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">justWork(HARD_WORK)</span></code> simuliert CPU-Load durch den Prozess (siehe Modul <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">workerUtils.c</span></code>).</p>
<h3>3.5 Aufgabe 5: Waisenkinder (Orphan Processes)<aclass="headerlink"href="#aufgabe-5-waisenkinder-orphan-processes"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, was mit verwaisten Kindern geschieht.</p></li>
</ul>
<p><strong>Aufgaben</strong></p>
<olclass="arabic">
<li><p>Analysieren Sie Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA5.c</span></code>: was läuft ab und welche Ausgabe erwarten Sie?</p>
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA5.e</span></code>: der Elternprozess terminiert: was geschieht mit dem Kind?</p>
<li><p>Was geschieht, wenn der Kindprozess vor dem Elternprozess terminiert? Ändern Sie dazu im <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">sleep()</span></code> Befehl die Zeit von 2 Sekunden auf 12 Sekunden und verfolgen Sie mit top das Verhalten der beiden Prozesse, speziell auch die Spalte S.</p>
<h3>3.6 Aufgabe 6: Terminierte, halbtote Prozesse (Zombies)<aclass="headerlink"href="#aufgabe-6-terminierte-halbtote-prozesse-zombies"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, was ein Zombie ist.</p></li>
<li><p>Eine Möglichkeit kennenlernen, um Zombies zu verhindern.</p></li>
</ul>
<p><strong>Aufgaben</strong></p>
<olclass="arabic">
<li><p>Analysieren Sie das Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA6.c</span></code>.</p></li>
<li><p>Starten Sie das Script <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">mtop</span></code> bzw. <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">mtop</span><spanclass="pre">aaaa.e</span></code>. Es stellt das Verhalten der Prozesse dynamisch dar.</p>
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">aaaa.e</span></code> und verfolgen Sie im <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">mtop</span></code>-Fenster was geschieht. Was beachten Sie?</p>
<li><p>In gewissen Fällen will man nicht auf die Terminierung eines Kindes mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">wait()</span></code>, bzw. <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">waitpid()</span></code> warten. Überlegen Sie sich, wie Sie in diesem Fall verhindern können, dass ein Kind zum Zombie wird.</p>
<h3>3.7 Aufgabe 7: Auf Terminieren von Kindprozessen warten<aclass="headerlink"href="#aufgabe-7-auf-terminieren-von-kindprozessen-warten"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Vorbemerkung:</strong> Diese Aufgabe verwendet Funktionen welche erst in der Vorlesung über <em>Inter-Process-Communication (IPC)</em> im Detail behandelt werden.</p>
<p>Sie können diese Aufgabe bis dann aufsparen oder die verwendeten Funktionen selber via <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">man</span></code> Pages im benötigten Umfang kennenlernen: <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">man</span><spanclass="pre">2</span><spanclass="pre">kill</span></code> und <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">man</span><spanclass="pre">7</span><spanclass="pre">signal</span></code>.</p>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, wie Informationen zu Kindprozessen abgefragt werden können.</p></li>
<li><p>Starten Sie das Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA7.e</span></code> und analysieren Sie wie die Ausgabe im Hauptprogramm zustande kommt und was im Kindprozess <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ChildProcA7.c</span></code> abläuft.</p>
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA7.e</span></code> und danach nochmals mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">1</span></code> als erstem Argument. Dieser Argument Wert bewirkt, dass im Kindprozess ein ”Segmentation Error” erzeugt wird, also eine Speicherzugriffsverletzung. Welches Signal wird durch die Zugriffsverletzung an das Kind geschickt? Diese Information finden Sie im Manual mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">man</span><spanclass="pre">7</span><spanclass="pre">signal</span></code>. Schalten Sie nun core dump ein (siehe README) und starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA7.e</span><spanclass="pre">1</span></code> erneut und analysieren Sie die Ausgabe.</p></li>
<p><strong>Hinweis:</strong> ein core Dump ist ein Abbild des Speichers z.B. zum Zeitpunkt, wenn das Programm abstürzt (wie oben mit der Speicher Zugriff Verletzung). Der Dump wird im File <strong>core</strong> abgelegt und kann mit dem <strong>gdb</strong> (GNU-Debugger) gelesen werden (siehe <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">README</span></code>). Tippen Sie nach dem Starten des Command Line UI des <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">gdb</span><spanclass="pre">where</span></code> gefolgt von list ein, damit sie den Ort des Absturzes sehen. Mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">quit</span></code> verlassen Sie <strong>gdb</strong> wieder.</p>
<li><p>Wenn Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA7.e</span><spanclass="pre">2</span></code> starten, sendet das Kind das Signal 30 an sich selbst. Was geschieht?</p>
<li><p>Wenn Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA7.e</span><spanclass="pre">3</span></code> starten, sendet ProcA7.e das Signal SIGABRT (abort) an das Kind: was geschieht in diesem Fall?</p>
<li><p>Mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA7.e</span><spanclass="pre">4</span></code> wird das Kind gestartet und terminiert nach 5 Sekunden. Analysieren Sie wie in ProcA7.e der Lauf- bzw. Exit-Zustand des Kindes abgefragt wird (siehe dazu auch <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">man</span><spanclass="pre">3</span><spanclass="pre">exit</span></code>).</p>
<h3>3.8 Aufgabe 8: Kindprozess als Kopie des Elternprozesses<aclass="headerlink"href="#aufgabe-8-kindprozess-als-kopie-des-elternprozesses"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Verstehen, wie Prozessräume vererbt werden.</p></li>
<li><p>Unterschiede zwischen dem Prozessraum von Eltern und Kindern erfahren.</p></li>
</ul>
<p><strong>Aufgaben</strong></p>
<olclass="arabic">
<li><p>Analysieren Sie Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA8_1.c</span></code>: was gibt das Programm aus?</p>
<ulclass="simple">
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA8_1.e</span></code>und überprüfen Sie Ihre Überlegungen.</p></li>
<li><p>Waren Ihre Überlegungen richtig? Falls nicht, was könnten Sie falsch überlegt haben?</p></li>
<li><p>Analysieren Sie Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA8_3.c</span></code> und Überlegen Sie, was in die Datei <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">AnyOutPut.txt</span></code> geschrieben wird, wer schreibt alles in diese Datei (sie wird ja vor <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">fork()</span></code> geöffnet) und wieso ist das so?</p>
<ulclass="simple">
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA8_3.e</span></code> und überprüfen Sie Ihre Überlegungen.</p></li>
<li><p>Waren Ihre Überlegungen richtig? Falls nicht, wieso nicht?</p></li>
<h3>3.9 Aufgabe 9: Unterschied von Threads gegenüber Prozessen<aclass="headerlink"href="#aufgabe-9-unterschied-von-threads-gegenuber-prozessen"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Den Unterschied zwischen Thread und Prozess kennenlernen.</p></li>
<li><p>Problemstellungen um Threads kennenlernen.</p></li>
<li><p>Studieren Sie Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA9.c</span></code> und überlegen Sie, wie die Programmausgabe aussieht. Vergleichen Sie Ihre Überlegungen mit denjenigen aus Aufgabe 8.2 b) (<codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">Pro-cA8_2.e</span></code>).</p>
<ulclass="simple">
<li><p>Starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA9.e</span></code> und vergleichen das Resultat mit Ihren Überlegungen.</p></li>
<li><p>Was ist anders als bei <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ProcA8_2.e</span></code>?</p></li>
<li><p>Setzen Sie in der Thread-Routine vor dem Befehl <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">pthread_exit()</span></code> eine unendliche Schleife ein, z.B. <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">while(1)</span><spanclass="pre">{</span><spanclass="pre">}</span></code>; .</p>
<ul>
<li><p>Starten Sie das Programm und beobachten Sie das Verhalten mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">top</span></code>. Was beobachten Sie und was schliessen Sie daraus?</p>
<p><strong>Hinweis:</strong> wenn Sie in <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">top</span></code> den Buchstaben H eingeben, werden die Threads einzeln dargestellt.</p>
</li>
<li><p>Kommentieren Sie im Hauptprogram die beiden <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">pthread_join()</span></code> Aufrufe aus und starten Sie das Programm. Was geschieht? Erklären Sie das Verhalten.</p></li>
<h3>3.10 Aufgabe 10 (optional):<aclass="headerlink"href="#aufgabe-10-optional"title="Permalink to this headline">¶</a></h3>
<sectionid="id1">
<h4>3.10.1 Übersicht<aclass="headerlink"href="#id1"title="Permalink to this headline">¶</a></h4>
<p>Dieser Teil des Praktikums behandelt spezielle Prozesse: die Dämon Prozesse («daemon pro-cesses»). Es ist gedacht als Zusatz zum Basis Praktikum über Prozesse und Threads.</p>
<p>Auch dieser Teil ist ein «Analyse»- und «Experimentier»-Praktikum.</p>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="id2">
<h5>3.10.1.1 Nachweis<aclass="headerlink"href="#id2"title="Permalink to this headline">¶</a></h5>
<p>Dieses Praktikum ist eine leicht abgewandelte Variante des ProcThreads Praktikum des Moduls BSY, angepasst an die Verhältnisse des SNP Moduls. Die Beispiele und Beschreibungen wurden, wo möglich, eins-zu-ein übernommen.</p>
<p>Als Autoren des BSY Praktikums sind genannt: M. Thaler, J. Zeman.</p>
</section>
</section>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="id3">
<h4>3.10.2 Lernziele<aclass="headerlink"href="#id3"title="Permalink to this headline">¶</a></h4>
<p>In diesem Praktikum werden Sie sich mit Dämon Prozessen beschäftigen.</p>
<ulclass="simple">
<li><p>Sie können die Problemstellung der Dämon Prozesse erklären</p></li>
<li><p>Sie können einen Dämon Prozess kreieren</p></li>
<li><p>Sie können aus dem Dämon Prozess mit der Umgebung kommunizieren</p></li>
<li></li>
</ul>
</section>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="aufgabe-damon-prozesse">
<h4>3.10.3 Aufgabe: Dämon Prozesse<aclass="headerlink"href="#aufgabe-damon-prozesse"title="Permalink to this headline">¶</a></h4>
<p><strong>Ziele</strong></p>
<ulclass="simple">
<li><p>Problemstellungen um Daemons kennenlernen:</p>
<ul>
<li><p>wie wird ein Prozess zum Daemon?</p></li>
<li><p>wie erreicht man, dass nur ein Daemon vom gleichen Typ aktiv ist?</p></li>
<li><p>wie teilt sich ein Daemon seiner Umwelt mit?</p></li>
<li><p>wo “lebt” ein Daemon?</p></li>
</ul>
</li>
</ul>
<p><strong>Einleitung</strong></p>
<p>Für diese Aufgabe haben wir einen Daemon implementiert: <strong>MrTimeDaemon</strong> gibt auf Anfrage die Systemzeit Ihres Rechners bekannt. Abfragen können Sie diese Zeit mit dem Programm <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">WhatsTheTimeMr</span><spanclass="pre">localhost</span></code>. Die Kommunikation zwischen den beiden Prozessen haben wir mit TCP/IP Sockets implementiert. Weitere Infos zum Daemon finden Sie nach den Aufgaben.</p>
<p>Im Abschnitt 4 finden Sie Zusatzinformationen über diese Implementation eines Dämon Prozesses plus weiterführende Informationen.</p>
<li><p>Für die folgende Aufgabe benötigen Sie mindestens zwei Fenster (Kommandozeilen-Konsolen). Übersetzen Sie die Programme mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">make</span></code> und starten Sie das Programm <strong>PlapperMaul</strong> in einem der Fenster. Das Programm schreibt (ca.) alle 0.5 Sekunden <em>Hallo, ich bins… Pidi</em> plus seine Prozess-ID auf den Bildschirm. Mit dem Shell Befehl <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ps</span></code> können Sie Ihre aktiven Prozesse auflisten, auch <strong>PlapperMaul</strong>. Überlegen Sie sich zuerst, was mit <strong>PlapperMaul</strong> geschieht, wenn Sie das Fenster schliessen: läuft <strong>PlapperMaul</strong> weiter? Was geschieht mit <strong>PlapperMaul</strong> wenn Sie sich ausloggen und wieder einloggen? Testen Sie Ihre Überlegungen, in dem Sie die entsprechenden Aktionen durchführen. Stimmen Ihre Überlegungen?</p>
<li><p>Starten Sie nun das Programm bzw. den Daemon <strong>MrTimeDaemon</strong>. Stellen Sie die gleichen Überlegungen an wie mit <strong>PlapperMaul</strong> und testen Sie wiederum, ob Ihre Überlegungen stimmen. Ob <strong>MrTimeDaemon</strong> noch läuft können Sie feststellen, indem Sie die Zeit abfragen oder den Befehl <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">ps</span><spanclass="pre">ajx</span><spanclass="pre">|</span><spanclass="pre">grep</span><spanclass="pre">MrTimeDaemon</span></code> eingeben: was fällt Ihnen am Output auf? Was schliessen Sie aus Ihren Beobachtungen?</p>
<li><p>Stoppen Sie nun <strong>MrTimeDaemon</strong> mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">killall</span><spanclass="pre">MrTimeDaemon</span></code>.</p></li>
<li><p>Starten Sie <strong>MrTimeDaemon</strong> und fragen Sie mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">WhatsTheTimeMr</span><spanclass="pre">localhost</span></code> oder mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">WhatsTheTimeMr</span><spanclass="pre">127.0.0.1</span></code> die aktuelle Zeit auf Ihrem Rechner ab.</p>
<p><strong>Optional:</strong>
Fragen Sie die Zeit bei einem Ihrer Kollegen ab. Dazu muss beim Server (dort wo <strong>MrTimeDaemon</strong> läuft) ev. die Firewall angepasst werden. Folgende Befehle müssen dazu mit <strong>root-Privilegien</strong> ausgeführt werden:</p>
<divclass="highlight-bash notranslate"><divclass="highlight"><pre><span></span>iptables-save > myTables.txt <spanclass="c1"># sichert die aktuelle Firewall</span>
<p>Nun sollten Sie über die IP-Nummer oder über den Rechner-Namen auf den <strong>TimeServer</strong> mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">WhatsTheTimeMr</span></code> zugreifen können.
Die Firewall können Sie mit folgendem Befehl wiederherstellen:</p>
<li><p>Studieren Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">MrTimeDaemon.c</span></code>, <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">Daemonizer.c</span></code> und <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">TimeDaemon.c</span></code> und analysieren Sie, wie die Daemonisierung abläuft. Entfernen Sie die Kommentare im Macro <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">Out-PutPIDs</span></code> am Anfang des Moduls <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">Daemonizer.c</span></code>. Übersetzen Sie die Programme mit make und starten Sie <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">MrTimeDaemon</span></code> erneut. Analysieren Sie die Ausgabe, was fällt Ihnen auf? Notieren Sie alle für die vollständige Daemonisierung notwendigen Schritte.</p>
<li><p>Setzen Sie beim Aufruf von <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">Daemonizer()</span></code> in <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">MrTimeDaemon.c</span></code> anstelle von <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">lock-FilePath</span></code> den Null-Zeiger <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">NULL</span></code> ein. Damit wird keine lock-Datei erzeugt. Übersetzen Sie die Programme und starten Sie erneut <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">MrTimedaemon</span></code>. Was geschieht bzw. wie können Sie feststellen, was geschehen ist?</p>
<p><strong>Hinweis:</strong> lesen Sie das log-File: <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">/tmp/timeDaemon.log.</span></code></p>
<p>Wenn Sie noch Zeit und Lust haben: messen Sie die Zeit, zwischen Start der Zeitanfrage und Eintreffen der Antwort. Dazu müssen Sie die Datei <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">WhatsTheTimeMr.c</span></code> entsprechend anpassen.</p>
</li>
</ol>
</section>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="zusatzinformationen">
<h4>3.10.4 Zusatzinformationen<aclass="headerlink"href="#zusatzinformationen"title="Permalink to this headline">¶</a></h4>
<hrclass="docutils"/>
<sectionid="diese-implementation">
<h5>3.10.4.1 Diese Implementation<aclass="headerlink"href="#diese-implementation"title="Permalink to this headline">¶</a></h5>
<p>Dieser Daemon besteht aus den 3 Komponenten.</p>
<p>Hier werden die Pfade für die lock-Datei, die log-Datei und der ”Aufenthaltsort” des Daemons gesetzt. Die lock-Datei wird benötigt um sicherzustellen, dass der Daemon nur einmal gestartet werden kann. In die lock-Datei schreibt der Daemon z.B. seine PID und sperrt sie dann für Schreiben. Wird der Daemon ein zweites Mal gestartet und will seine PID in diese Datei schreiben, erhält er eine Fehlermeldung und terminiert (es soll ja nur ein Daemon arbeiten). Terminiert der Daemon, wird die Datei automatisch freigegeben. Weil Daemonen sämtliche Kontakte mit ihrer Umwelt im Normalfall abbrechen und auch kein Kontrollterminal besitzen, ist es sinnvoll, zumindest die Ausgabe des Daemons in eine log-Datei umzuleiten. Dazu stehen einige Systemfunktionen für Logging zur Verfügung. Der Einfachheit halber haben wir hier eine normale Datei im Verzeichnis <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">/tmp</span></code> gewählt.</p>
<blockquote>
<div><p><strong>Anmerkung:</strong> die Wahl des Verzeichnisses <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">/tmp</span></code> für die lock- und log-Datei ist für den normalen Betrieb problematisch, weil der Inhalt dieses Verzeichnisses jederzeit gelöscht werden kann, bzw. darf. Wir haben dieses Verzeichnis gewählt, weil wir die beiden Dateien nur für die kurze Zeit des Praktikums benötigen.</p>
</div></blockquote>
<p>Der Daemon erbt sein Arbeitsverzeichnis vom Elternprozesse, er sollte deshalb in ein festes Verzeichnis des Systems wechseln, um zu verhindern, dass er sich in einem montierten (gemounteten) Verzeichnis aufhält, das dann beim Herunterfahren nicht demontiert werden könnte (wir haben hier wiederum <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">/tmp</span></code> gewählt).</p>
<p><strong>Daemonizer: Daemonizer.c</strong></p>
<p>Der Daemonizer macht aus dem aktuellen Prozess einen Daemon. Z.B. sollte er Signale (eine Art Softwareinterrupts) ignorieren: wenn Sie die CTRL-C Taste während dem Ausführen eines Vordergrundprozess drücken, erhält dieser vom Betriebssystem das Signal SIGINT und bricht seine Ausführung ab. Weiter sollte er die Dateierzeugungsmaske auf 0 setzen (Dateizugriffsrechte), damit kann er beim Öffnen von Dateien beliebige Zugriffsrechte verlangen (die Dateierzeugungsmaske erbt er vom Elternprozess). Am Schluss startet der Daemonizer das eigentliche Daemonprogramm: TimeDaemon.e.</p>
<p>Das Daemonprogramm wartet in einer unendlichen Schleife auf Anfragen zur Zeit und schickt die Antwort an den Absender zurück. Die Datenkommunikation ist, wie schon erwähnt, mit Sockets implementiert, auf die wir aber im Rahmen dieses Praktikums nicht weiter eingehen wollen (wir stellen lediglich Hilfsfunktionen zur Verfügung).</p>
<h5>3.10.4.2 Zusatzinformation zu Dämon Prozessen<aclass="headerlink"href="#zusatzinformation-zu-damon-prozessen"title="Permalink to this headline">¶</a></h5>
<p>Dämonen oder englisch Daemons sind eine spezielle Art von Prozessen, die vollständig unabhängig arbeiten, d.h. ohne direkte Interaktion mit dem Anwender. Dämonen sind Hintergrundprozesse und terminieren i.A. nur, wenn das System heruntergefahren wird oder abstürzt. Dämonen erledigen meist Aufgaben, die periodisch ausgeführt werden müssen, z.B. Überwachung von Systemkomponenten, abfragen, ob neue Mails angekommen sind, etc.</p>
<p>Ein typisches Beispiel unter Unix ist der Printer Daemon <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">lpd</span></code>, der periodisch nachschaut, ob ein Anwender eine Datei zum Ausdrucken hinterlegt hat. Wenn ja, schickt er die Datei auf den Drucker.</p>
<p>Hier wird eine weitere Eigenschaft von Daemons ersichtlich: meist kann nur ein Dämon pro Aufgabe aktiv sein: stellen Sie sich vor, was passiert, wenn zwei Druckerdämonen gleichzeitig arbeiten. Andererseits muss aber auch dafür gesorgt werden, dass ein Dämon wieder gestartet wird, falls er stirbt.</p>
<hrclass="docutils"/>
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<hrclass="docutils"/>
<sectionid="bewertung">
<h2>4. Bewertung<aclass="headerlink"href="#bewertung"title="Permalink to this headline">¶</a></h2>
<p>Die gegebenenfalls gestellten Theorieaufgaben und der funktionierende Programmcode müssen der Praktikumsbetreuung gezeigt werden. Die Lösungen müssen mündlich erklärt werden.</p>
<tdclass="text-left"><p>Prozess mit <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">fork()</span></code> und <codeclass="docutils literal notranslate"><spanclass="pre">exec()</span></code>: Programm Image ersetzen</p></td>
<liclass="toctree-l3"><aclass="reference internal"href="#aufgabe-1-prozess-mit-fork-erzeugen">3.1 Aufgabe 1: Prozess mit fork() erzeugen</a></li>
<liclass="toctree-l3"><aclass="reference internal"href="#aufgabe-2-prozess-mit-fork-und-exec-programm-image-ersetzen">3.2 Aufgabe 2: Prozess mit fork() und exec(): Programm Image ersetzen</a></li>
<liclass="toctree-l3"><aclass="reference internal"href="#aufgabe-7-auf-terminieren-von-kindprozessen-warten">3.7 Aufgabe 7: Auf Terminieren von Kindprozessen warten</a></li>
<liclass="toctree-l3"><aclass="reference internal"href="#aufgabe-8-kindprozess-als-kopie-des-elternprozesses">3.8 Aufgabe 8: Kindprozess als Kopie des Elternprozesses</a></li>
<liclass="toctree-l3"><aclass="reference internal"href="#aufgabe-9-unterschied-von-threads-gegenuber-prozessen">3.9 Aufgabe 9: Unterschied von Threads gegenüber Prozessen</a></li>
