Introduzione ai processi in Linux

I processi in Linux, come in molti altri sistemi operativi Unix-like, sono entità fondamentali che il kernel gestisce per eseguire i programmi. Un processo in Linux è fondamentalmente un'istanza di un programma in esecuzione che include contatori di programma, stack, heap, e segmenti di dati. Esploreremo alcuni dettagli tecnici chiave relativi ai processi in Linux, tra cui la creazione, la gestione e le strutture dati importanti.

Creazione di un Processo

1. Fork e Exec

   • Fork: Il processo di creazione di un nuovo processo inizia con la chiamata di sistema fork(). Questa funzione crea un nuovo processo duplicando il processo chiamante (processo padre). Il nuovo processo è chiamato processo figlio. Entrambi i processi continueranno l'esecuzione dal punto successivo alla chiamata fork().
   • Exec: Dopo fork(), il processo figlio può chiamare una delle funzioni exec() per sostituire la propria immagine di processo con un nuovo programma. Le funzioni exec() caricano il codice e i dati di un programma eseguibile in memoria e iniziano la sua esecuzione.

2. vfork() e clone()

   • vfork(): È simile a fork(), ma è ottimizzato per il caso d'uso in cui il processo figlio chiama exec() immediatamente dopo la creazione. vfork() è progettato per evitare la copia inutile della pagina di memoria del padre quando il figlio non ha bisogno di queste copie.
   • Clone(): Utilizzata per creare thread o processi che condividono parti del contesto d'esecuzione, come spazio di indirizzi, file descriptor, ecc. Questa funzione è più flessibile e potente rispetto a fork().

Strutture dati di un Processo

1. Process Control Block (PCB)

   • Il PCB in Linux è rappresentato dalla struttura task_struct. Contiene tutte le informazioni necessarie per gestire un processo, inclusi stato del processo, contatori di programma, informazioni di scheduling, puntatori allo stack, ID del processo (PID), ID del processo padre, gruppo di processi, priorità, limiti di risorse, ecc.

2. Gestione della Memoria

   • MM Struct: Ogni processo ha una struttura mm_struct che descrive lo spazio degli indirizzi virtuali del processo. Include puntatori a strutture come vm_area_struct che rappresentano le aree mappate della memoria virtuale.
   • Page Tables: Tabelle di paginazione che mappano la memoria virtuale alla memoria fisica.

3. Scheduler

   • Linux utilizza uno scheduler per decidere quale processo eseguire sul processore. L'attuale scheduler predefinito è il Completely Fair Scheduler (CFS), che cerca di garantire un utilizzo equo della CPU tra i processi.
   • I processi sono suddivisi in stati come runnable, sleeping, stopped, o zombie, a seconda della loro attuale esecuzione o attività.

Comunicazione tra Processi

• IPC (Inter-Process Communication): Linux supporta diversi meccanismi di IPC, tra cui pipe, socket, semafori, e memoria condivisa. Questi meccanismi permettono ai processi di coordinarsi e comunicare dati.

Terminazione del Processo

• Un processo termina volontariamente chiamando exit() o può essere terminato da un altro processo tramite un segnale (ad esempio, SIGKILL). Quando un processo termina, il kernel libera le risorse allocate e invia un segnale SIGCHLD al processo padre.

Questi dettagli tecnici forniscono una visione generale della gestione dei processi in Linux, che è fondamentale per comprendere come funziona il sistema a livello più basso.