Linux: процессы и сигналы

Сигнал — это асинхронное уведомление, доставляемое ядром процессу. SIGTERM просит завершиться и может быть перехвачен для очистки; SIGKILL завершает принудительно и не перехватывается, не блокируется, не игнорируется; SIGHUP означает обрыв терминала и велит демонам перечитать конфиг; SIGSTOP ставит процесс на паузу (тоже неперехватываем), а SIGCONT возобновляет его.

Процесс — это работающий экземпляр программы со своим PID, родительским PID (PPID), приватным виртуальным адресным пространством и таблицей открытых файловых дескрипторов. fork клонирует вызвавшего в почти идентичного потомка через copy-on-write; exec затем заменяет образ памяти этого потомка новой программой, сохраняя тот же PID.

Файловый дескриптор — это небольшое неотрицательное целое, которым процесс ссылается на открытый файл, сокет или канал — индекс в его таблице открытых хендлов. По соглашению дескриптор 0 — стандартный ввод, 1 — стандартный вывод, 2 — стандартный поток ошибок. Перенаправления и каналы просто перекоммутируют эти номера, поэтому 2>&1 шлёт stderr туда, куда указывает stdout.

R — выполняется или готов к выполнению (на CPU или в очереди). S — прерываемый сон: ждёт события и пробуждается сигналом. D — непрерываемый сон, обычно заблокирован в ядерном вызове ввода-вывода и не убиваемый, пока тот не вернётся. T — остановлен сигналом вроде SIGSTOP. Z — зомби: завершился, но ещё не собран родителем.

Зомби — это процесс, который завершился, но его родитель ещё не сделал wait(), поэтому ядро держит крошечную запись лишь с PID и кодом выхода. Он уже мёртв — kill -9 зомби не работает. Он исчезает, когда родитель его собирает (часто после SIGCHLD); если родитель этого не делает, завершение родителя не оставляет ничего, но позволяет init собрать его.

Сирота — это ещё живой процесс, родитель которого завершился. Ядро переусыновляет его к init (PID 1), который становится новым родителем и позже делает wait() при его выходе, поэтому сирота не превращается в зомби. Вот почему PID 1 обязан собирать потомков — наивный init контейнера, игнорирующий SIGCHLD, копит зомби из усыновлённых сирот.

D — это непрерываемый сон: процесс заблокирован внутри ядерного вызова — здесь dd ждёт отказывающий диск. SIGKILL ставится в очередь, но не доставляется, пока вызов не вернётся, поэтому kill -9 бездействует, пока он висит. Убить силой нельзя; почините ввод-вывод (больное устройство, NFS, хранилище), чтобы вызов разблокировался и процесс вышел — иначе перезагрузка хоста.

PATH — это переменная окружения со списком каталогов через двоеточие. Для простой команды вроде ls шелл ищет по этим каталогам слева направо и запускает первый подходящий исполняемый файл, поэтому порядок важен. Команда со слешем (./app, /usr/bin/ls) пропускает поиск целиком. which показывает, какой файл победит.

Системный вызов — это контролируемая точка входа, через которую программа просит у ядра что-то привилегированное — прочитать файл, открыть сокет, сделать fork. Программа не может трогать железо напрямую, поэтому она инициирует trap (специальную инструкцию вроде syscall), которая переключает CPU в режим ядра, выполняет обработчик и возвращает результат в пользовательский режим.