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Fonctionnalités du noyau Linux (Episode 8) – Travaux pratiques sur les appels système dédiés à la synchronisation des processus par signaux

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Les signaux sous Linux sont un mécanisme de communication inter-processus utilisé par le noyau pour notifier un processus qu’un événement s’est produit. Nous avons déjà consacré une introduction aux signaux dans l’épisode 5.

Contrairement aux appels système classiques, ils sont asynchrones : un processus peut recevoir un signal à n’importe quel moment, ce qui interrompt temporairement son exécution normale.

Chaque signal possède un numéro et un nom symbolique défini dans le fichier d’en-tête signal.h. Les signaux standard vont de 1 à 31, tandis que les signaux temps réel, plus nombreux, occupent généralement les numéros 32 à 64.

Un signal peut être envoyé par le noyau lui-même, par un autre processus via l’appel système kill, ou par le processus lui-même avec raise. 

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig); // pid = numéro du processus à atteindre, sig numéro du signal à lui envoyer
int raise(int sig); // équivalent à kill(getpid(),sig);

L’utilitaire en ligne de commande kill permet également d’envoyer un signal à un processus identifié par son PID, et pkill ou killall le font par nom.

Chaque signal a une action par défaut. Pour la plupart, cette action est de terminer le processus. Certains signaux comme SIGSEGV ou SIGFPE indiquent une erreur matérielle ou logicielle grave.

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Fonctionnalités du noyau Linux (Episode 7) – Travaux pratiques sur les appels système dédiés à la gestion des fichiers

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Nous avons vu dans l’épisode 1 l’architecture générale de l’environnement du noyau Linux et la manière dont il gère les processus. L’épisode 2 nous a permis d’entrer dans le détail de la gestion de la mémoire. L’épisode 3 nous a permis de creuser comment le noyau Linux gère les périphériques. Dans l’épisode 4 nous avons vu comment le noyau Linux offre aux applications un service d’appels système.

Dans l’épisode 5 nous avons vu les mécanismes qu’offre le noyau Linux aux processus tournant sur le système pour communiquer entre eux, c’est à dire pour se synchroniser et/ou s’envoyer des données.

Dans l’épisode 6 nous nous sommes amusés avec les principaux appels système que le noyau met à disposition des processus.

Dans cet épisode 7 nous allons faire de même avec les appels système que mis à disposition des programmeurs pour manipuler les fichiers.

Commençons par planter le décor : chaque processus Linux comporte une table des descripteurs de fichiers, dont la taille est indiquée dans les sources du noyau avant compilation de celui-ci. On ne peut donc pas la changer sans recompiler le noyau.

Dans cette table, chaque entrée comporte un numéro et pointe, si la ligne a été ouverte, vers un fichier précis via un parcours dans les arcanes du noyau Linux. Comme tout est fichier sous Unix, ce parcours dans les arcanes prend différents chemins selon que le fichier ouvert soit un fichier sur disque, une socket réseau, un périphérique, etc.

Dans cette table, 3 entrées ont une utilisation particulière.

La première est l’entrée de numéro 0, qu’on appelle l’entrée standard (stdin en anglais). C’est l’entrée par défaut sur laquelle le processus lit les données qu’un autre processus lui envoie via un pipe par exemple.

La deuxième est l’entrée de numéro 1, qu’on appelle la sortie standard (stdout en anglais). C’est la sortie par défaut sur laquelle le processus écrit (lorsqu’on fait un printf par exemple).

La troisième est l’entrée de numéro 2, qu’on appelle l’erreur standard (stderr en anglais). Elle est prévue pour que le processus puisse communiquer au reste du monde (qui devra se brancher en lecture sur cette sortie) ses messages d’erreur.

Toutes les autres entrées de la table des descripteurs de fichiers sont lambda. A noter que l’état exact de cette table est transmis à l’identique aux processus fils dès lors qu’on les crée avec l’appel système fork() déjà vu dans l’épisode 6.

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Fonctionnalités du noyau Linux (Episode 6) – Travaux pratiques sur les appels système dédiés à la gestion des processus

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Nous avons vu dans l’épisode 1 l’architecture générale de l’environnement du noyau Linux et la manière dont il gère les processus. L’épisode 2 nous a permis d’entrer dans le détail de la gestion de la mémoire. L’épisode 3 nous a permis de creuser comment le noyau Linux gère les périphériques. Dans l’épisode 4 nous avons vu comment le noyau Linux offre aux applications un service d’appels système.

Dans l’épisode 5 nous avons vu les mécanismes qu’offre le noyau Linux aux processus tournant sur le système pour communiquer entre eux, c’est à dire pour se synchroniser et/ou s’envoyer des données.

Il est temps de commencer les travaux pratiques. Dans cet épisode 6 nous allons nous amuser avec certains des appels système que le noyau met à disposition des processus.

Dans le programme prog.c ci-dessous, que nous allons utiliser pour ce TP, nous allons utiliser les appels système suivants :

getpid() qui permet à un processus de demander au noyau de lui communiquer son PID (process ID)

getppid() qui permet à un processus de demander au noyau de lui communiquer son PPID, c’est à dire le PID de son processus père (on rappelle que les processus sont rangés sous forme d’arbre, rangés sous le processus de PID 1 qui est soit init historiquement, soit systemd sur les systèmes Linux qui ont succombé à cette mode).

getuid() qui permet à un processus de demander au noyau de lui communiquer son UID, c’est à dire l’ID de l’utilisateur qui a lancé et à qui appartient le processus.

getgid() qui permet à un processus de demander au noyau de lui communiquer son GID, c’est à dire l’ID du groupe qui a lancé et à qui appartient le processus.

geteuid() qui permet à un processus de demander au noyau de lui communiquer son EUID, c’est à dire l’ID effectif de l’utilisateur qui a lancé et à qui appartient le processus. Si le programme lancé a le bit s positionné et appartient à root, alors le EUID vaut 0. Pareil si le programme a été lancé avec sudo.

getegid(), comme geteuid() mais pour le groupe effectif.

setuid() et setgid(), qui permettent au processus de demander au noyau de modifier l’UID et le GID du processus. Bien sûr le noyau ne s’exécute que si l’UID appelant est 0 c’est à dire root.

fork() qui permet de demander au noyau de créer un processus fils identique au processus appelant dans tous les détails, sauf sur le code de retour de l’appel système fork() qui vaut 0 dans le fils créé et le PID du fils créé dans le code de retour disponible pour le processus père. fork() est, avec exec, l’un des appels système les plus fondamentaux sous Unix.

execl() qui permet à un processus de demander au noyau de faire une commutation d’image, c’est à dire d’écraser le code en mémoire du processus appelant par celui d’un programme présent dans le système de fichiers. execl est l’un des nombreux appels système de la famille des exec.

exit() qui permet à un processus de demander au noyau de le tuer, et de transmettre un code de sortie jusqu’au processus père, pour l’informer par exemple du résultat de l’exécution du processus fils.

wait() qui permet à un processus de demander au noyau de le mettre en attente de la mort d’un processus fils et lui permettre de lire le code de retour envoyé par le processus fils à sa mort.

Notre programme utilise aussi la fonction sleep(), qui n’est pas à proprement parler un appel système car appartenant à la section 3 du manuel (man 3 sleep) et non à la section 2. Cette fonction est bien utile pour ralentir l’exécution pour qu’on voit ce qui se passe. sleep(n) permet au processus d’être mis en sommeil pendant n secondes. Il utilise aussi la fonction getenv() qui permet de lire le contenu d’une variable d’environnement (qu’on peut modifier par setenv() qui ne sera pas utilisé ici).

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