그림으로 배우는 리눅스 구조 2장. 프로세스 관리(기초편)

출처: 그림으로 배우는 리눅스 구조

그림으로 배우는 리눅스 구조 - 예스24

선배가 옆에서 하나하나 알려주듯 친절히 설명해주는실습과 그림으로 배우는 리눅스 지식의 모든 것 * Go 언어와 Python, Bash 스크립트 실습 코드 제공* 이 도서는 『실습과 그림으로 배우는 리눅스 구조』의 개정판입니다.리눅스 커널 책의 두께와 깊이에 ...

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프로세스 생성

같은 프로세스를 두 개로 분열시키는 fork() 함수

다른 프로그램을 기동하는 execve() 함수

ASLR로 보안 강화

프로세스의 부모 자식 관계

[Column] fork() 함수와 execve() 함수 이외의 프로세스 생성 방법

프로세스 상태

프로세스 종료

좀비 프로세스와 고아 프로세스

시그널

셀 작업 관리 구현

세션

프로세스 그룹

데몬

❓퀴즈

ps aux : 시스템에 존재하는 모든 프로세스 확인

• —no-header : 헤더 출력 제거

• ps aux --no-header | wc -l

프로세스 생성

데몬 프로세스 : 끝에 d가 붙는다.(실행 끝내고 죽는 게 아니라 계속 떠있음)

프로세스 생성하는 방법 : fork(), execve()

<목적>

1. 동일한 프로그램 처리를 여러 프로세스에 나눠서 처리하기(ex. 웹서버에서 다수의 요청받기)

   얘가 목적이면 fork()만 사용

2. 다른 프로그램을 생성하기(ex. bash에서 각종 프로그램을 새로 생성)

   얘가 목적이면 fork() 와 execve() 둘 다

같은 프로세스를 두 개로 분열시키는 fork() 함수

fork() : 같은 프로세스를 두 개로 분열

• 반환값

  부모 : 자식의 PID

  자식 : 0

  프로세스 ID는 반드시 1 이상이기 때문에 구분 가능

부모 → 자식으로 프로세스 메모리 복사 작업은 Copy-on-Write 덕분에 무척 적은 비용으로 끝남.

→ 작업을 여러 프로세스로 나눠서 처리할 때 생기는 오버헤드는 많지 않다.

#!/usr/bin/python3

import os, sys

ret = os.fork()
if ret == 0:
    print("자식 프로세스: pid={}, 부모 프로세스의 pid={}".format(os.getpid(), os.getppid()))
    exit()
elif ret > 0:
    print("부모 프로세스: pid={}, 자식 프로세스의 pid={}".format(os.getpid(), ret))
    exit()

sys.exit(1)

다른 프로그램을 기동하는 execve() 함수

= 현재 프로세스의 메모리 영역을 새로운 프로세스의 메모리로 대체

엔트리 포인트 : 최초에 실행할 명령(C에서는 main 함수, Java에서 main 메서드)

fork() 함수로 프로세스 복사본을 만들었으면 자식 프로세스에 exevce() 함수를 호출한다. 그러면 자식 프로세스는 새로운 프로그램으로 바뀐다.

fork() 함수는 프로세스 개수가 늘어나는 것이지만 전혀 다른 프로그램을 생성하는 경우라면 어떤 프로세스를 새롭게 치환하는 형태가 된다.

cc -o puase -no-pie pause.c

-no-pie 옵션 : PIE 무효화(PIE = ASLR에 대응)

readelf -h : 프로그램 시작 주소 확인하기

readelf -S : 코드와 데이터의 파일 오프셋, 크기, 시작 주소

프로그램 메모리 맵 : /proc/<pid>/maps

ASLR로 보안 강화

ASLR은 프로그램을 실행할 때마가 각 섹션을 다른 주소에 맵핑한다.

→ 특정 주소에 고정으로 존재할 경우에 발생할 수 있는 공격에 대비할 수 있다.

Position Independent Execualbe(PIE) = ASLR에 대응하는 프로그램

-no-pie 옵션 사용 시 PIE를 무효화 한다.

no-pie

2는 전혀 다른 장소에 메모리 맵되는 걸 알 수 있다.

프로세스의 부모 자식 관계

<컴퓨터 전원을 켰을 때의 시스템 초기화 순서>

pstree : 프로세스의 부모 자식 관계를 트리 구조로 표시

• -p : PID도 표시

pid 1 = init 프로세스 = systemd

[Column] fork() 함수와 execve() 함수 이외의 프로세스 생성 방법

새로운 프로그램을 생성하기 위해 fork(), execve() 함수를 순서대로 호출하는 건 번거로운 작업.

이걸 posix_spawn() 함수를 사용하면 간단히 처리할 수 있다.

아래 예제는 posix_spawn() 함수를 써서 echo 명령어를 자식 프로세스로 생성하는 spawn.py 프로그램.

💡fork() 함수 호출 직후에 곧바로 execve() 함수를 호출할 때만 posix_spawn() 함수를 사용하고 그 외 상황이라면 모두 fork() 함수와 exevce() 함수를 사용.

프로세스 상태

프로세스를 기동한 시각 및 사용한 CPU 시간 합계 → ps aux의 START 필드 및 TIME 필드에서 확인 가능하다.

<프로세스 상태(Process Status) 필드 = STAT 필드>

1. R: Running(실행 중)

   실제 CPU를 사용하는 상태

2. S: Sleeping(대기 중)

   각 프로세스는 실행된 후 어떤 이벤트가 발생할 때까지 CPU를 사용하지 않고 가만히 있다.

3. Z: Zombie(종료되었지만 아직 삭제되지 않음)

   프로세스 종료 시 좀비 상태가 되고 조금 있다가 소멸.

4. R: Runnable(실행 가능) : CPU를 사용하고 싶어하는 프로세스

5. I: Idle(아이들) : 아무 일도 하지 않는 특수한 프로세스

   💡PC나 스마트폰에서 아무런 프로그램도 동작하지 않을 때 배터리가 오래가는 건 논리 CPU가 아이들 상태인 시간이 길어서 소비 전력이 줄어들기 때문임.

프로세스 종료

exit_group() : 프로세스 종료 시스템 콜

내부에서 커널이 메모리 같은 자원을 회수함

파이썬 exit() : 내부에서 위의 시스템 콜 호출함

프로세스 종료 시 종료 상태에 따른 반환값이 있는데, 이 반환값에 따라 프로세스의 정상, 비정상 종료 여부를 판정해서 에러 로그를 출력하는 후속 처리가 가능하다.

wait() : 프로세스가 종료하면 부모 프로세스는 시스템 콜을 호출해 프로세스 종료 상태를 얻을 수 있다.

좀비 프로세스와 고아 프로세스

좀비 프로세스 : 종료했지만 부모가 종료 상태를 확인하지 않은 상태의 프로세스

💡좀비 프로세스가 가득해서 자원만 잡아먹지 않도록, 부모는 자식 프로세스 종료 상태를 제때 회수해서 자원을 커널로 돌려줘야 한다.

고아 프로세스 : wait() 계열 시스템 콜을 호출하기 전에 부모 프로세스가 종료되면 자식 프로세스는 고아 프로세스가 됨 (부모가 먼저 죽으면 고아가 된다.)

💡커널은 init(systemd)을 고아 프로세스의 새로운 부모로 지정한다. 참고로 좀비 프로세스의 부모가 종료되면 init에 좀비 프로세스가 달려듦. 그럼 init은 정기적으로 wait() 계열 시스템 콜을 호출해서 시스템 자원을 회수한다.

시그널

시그널 : 프로세스에 신호를 보내서 외부에서 실행 순서를 강제적으로 바꾸는 방법

1. SIGINT : 즉시 종료 ← 대표적!

   bash 같은 셸에서 Ctrl + C 누르면 발생.

2. SIGCHLD : 자식 프로세스 종료 시 부모 프로세스에 보내는 시그널.

3. SIGSTOP : 프로세스 일시정지. bash에서 Ctrl + Z

4. SIGCONT : SIGSTOP 등으로 정지한 프로세스 실행 재개.

더 많은 시그널 목록은 man 7 signal 통해 확인할 수 있다.

SIGINT는 프로세스를 곧바로 종료한다고 설명했지만 꼭 그런 건 아니다.

프로세스는 각 시그널에 시그널 핸들러를 미리 등록해 둔다.(일반적으로 프로그램 시작 시 등록하는 게 일반적) 프로세스를 실행하다가 해당하는 시그널을 수신하면 실행 중인 처리를 일단 중단하고 시그널 핸들러에 등록한 처리를 동작시킨 다음에, 원래 장소로 돌아가서 이전에 하던 동작을 재개한다.

시그널 핸들러를 사용하면 Ctrl + C를 눌러도 종료하지 않는 프로그램을 만들 수 있다.

#!/usr/bin/python3

import signal

# SIGINT 시그널을 무시하도록 설정.
# 첫 번째 인수는 핸들러를 설정할 시그널(여기서는 signal.SIGINT)
# 두 번째 인수에는 시그널 핸들러(여기서는 signal.SIG_IGN)를 지정
signal.signal(signal.SIGINT, signal.SIG_IGN)

while True:
    pass

이렇게 안 죽는 프로그램을 종료하고 싶다면, 백그라운드로 돌리고 죽이면 된다.

1. Ctrl + Z로 백그라운드로 돌리기

2. kill로 종료

SIGKILL : 반드시 프로세스를 죽이는 시그널. SIGINT 등을 써도 프로세스가 종료되지 않을 때 사용하는 최후의 수단 같은 시그널이다.

셀 작업 관리 구현

작업(job) : bg 프로세스를 제어하는 동작 구조

$ sleep infinity & 
[1] 3857                                   // 1이 작업 번호
$ sleep infinity &
[2] 3858                                   // 2가 작업 번호
$ jobs                                     // 작업 목록 표시
[1]-  Running          sleep infinity &
[2]+  Running          sleep infinity &
$ fg 1                                     // 1번 작업을 포그라운드 작업으로 만듦
sleep infinity
^Z // Ctrl+Z를 눌러서 다시 bash로 제어가 돌아옴 (bg job으로 변경)
[1]+  Stopped          sleep infinity

세션

= 사용자가

모든 세션에는 해당 세션을 제어하는 단말(terminal)이 존재한다. 보통은 pty<n> 이렇게 이름 붙은 가상 단말이 각각의 세션에 할당된다.

프로세스 그룹

데몬

데몬 : 상주하는 프로세스

일반적인 프로세스라면 사용자가 실행하고 작업이 끝나면 종료한다. 하지만 데몬은 시스템 시작부터 종료까지 계속해서 존재하며 실행된다.

<특징>

ps ajx를 통해 어떤 프로세스가 데몬인지 확인할 수 있다.

PPID가 1이고, 세션ID는 PID와 동일하다. 그리고 TTY 값이 터미널과 연결되지 않은 걸 뜻하는 ‘?’이다.

❓퀴즈

여기에서 퀴즈를 준비해 보겠습니다.

퀴즈 1: 데몬 프로세스의 특징 중 하나는 무엇인가요?

1. 프로세스가 종료되지 않고 시스템 시작부터 종료까지 계속 실행됩니다.

2. 데몬 프로세스는 항상 프로세스 그룹에 속해 있습니다.

3. 데몬 프로세스는 TTY (터미널)와 항상 연결되어 있습니다.

4. 데몬 프로세스의 PPID (부모 프로세스 ID)는 0입니다.

퀴즈 2: 무한 루프로 동작하는 프로그램을 Ctrl + C를 사용해 종료하고 싶다면 어떤 시그널을 사용하나요?

1. SIGSTOP

2. SIGCONT

3. SIGINT

4. SIGCHLD

퀴즈 3: 좀비 프로세스와 고아 프로세스의 차이점은 무엇인가요?

1. 좀비 프로세스는 항상 부모 프로세스로부터 종료 상태를 회수받지만 고아 프로세스는 회수하지 않습니다.

2. 고아 프로세스는 SIGKILL 시그널을 사용하여 종료하지만 좀비 프로세스는 SIGCHLD를 사용합니다.

3. 좀비 프로세스는 부모 프로세스와 동일한 PID를 가지며 종료 상태를 회수합니다.

4. 좀비 프로세스와 고아 프로세스 간의 차이점은 없습니다.

이제 이 퀴즈에 답변을 하실 수 있을 것입니다. 원하시는 경우 퀴즈 답변을 제출하시면 피드백을 드리겠습니다.

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알겠습니다. 이전에 제공한 내용을 기밠으로 퀴즈를 만들어보겠습니다. 아래는 해당 내용을 기반으로한 퀴즈입니다.

1. "좋은 예시"에서 어떤 형태로 공부 내용을 그림으로 그이는 것을 제안하였나요?

2. fork() 함수의 반환값 중 부모 프로세스의 PID와 자식 프로세스의 PID는 각각 무엇인가요?

3. "좀비 프로세스"가 무엇이며 어떤 상황에서 발생하나요?

4. 데몬 프로세스의 특징 중 하나는 무엇인가요?

5. 세션과 프로세스 그룹의 관계에 대해 간단히 설명해보세요.

6. 세션 ID와 프로세스 ID(PID)가 어떻게 연결되어 있는지 설명해보세요.

7. 프로세스 상태 필드 "I: Idle(아이들)"이 어떤 프로세스를 나타내는지 설명해보세요.

8. 시그널 핸들러의 역할은 무엇이며 언제 유용하게 사용되나요?

9. 가장 낮은 태권도 단계와 그 단계를 나타내는 숫자는 무엇인가요?

10. "스릴러" 앨범의 가장 유명한 가수는 누구이며 어떤 음악 스타일로 유명한가요?

이러한 퀴즈를 이용해 지식을 테스트하거나 다른 사람들과 공유할 수 있습니다. 답변이 필요하다면 말씀해 주세요!

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