『試して理解 Linuxのしくみ』読書メモ (3)
続き。
第3章 プロセス管理
仮想記憶を利用しない場合の単純なプロセス管理について。
プロセスの生成には大きく2つの目的がある。
fork()
fork()は、発行したプロセス（親プロセス）をもとに新しいプロセス（子プロセス）を生成する（内部的にはシステムコールclone()の発行）。
- メモリ領域を作成、親プロセスのメモリをコピーし子プロセスを生成する
- 子プロセスを実行する
- 必要に応じ、
fork()の返り値（0：子プロセス、子のプロセスID（> 1）：親プロセス）を元に処理を分岐する
execve()
execve()を発行すると、指定したプログラムを実行する。
- 実行ファイルを読み出し、プロセスのメモリマップに必要な情報を読み出す
- 呼び出し元プロセスのメモリを新しいプロセスのデータで上書きする
- 新しいプロセスの最初から実行する
メモリマップ
実行ファイルには、実行時に利用するコードとデータのほか次のような情報が保持され、この情報に基づいてメモリ上（厳密には仮想記憶上）にマッピングされる。
- コード領域の情報
- ファイル上オフセット
- 領域サイズ
- メモリマップ開始アドレス
- データ領域の情報：コード領域と同様
- エントリポイント：命令実行開始位置のメモリアドレス
ELF
実行ファイルのバイナリコードは、特定のデータごとにセグメントと呼ばれるブロックにグループ化されている。
Linux環境の多くでは、オブジェクトファイルおよび実行ファイルのフォーマットとしてELF (Executable Linkable Format) が採用されている。 ELFファイルは次のようなセグメントを含んでいる。
- text: 実行可能コード
- .bss: 初期値がゼロのデータ
- data: 初期値のあるデータ
- symtab: コード内の識別子（シンボルテーブル）
readelfコマンドにより、ELFファイルの各種情報を確認できる。
sleepコマンド (/bin/sleep) について、ELFヘッダ (readelf -h) およびセクションヘッダ (readelf -S) の情報を表示し、メモリマップに必要な情報を確認する。
$ readelf -h /bin/sleep ELF Header: Magic: 7f 45 4c 46 02 01 01 00 00 00 00 00 00 00 00 00 Class: ELF64 ... Entry point address: 0x1b70 Start of program headers: 64 (bytes into file) Start of section headers: 33208 (bytes into file) ...
エントリポイントが確認できる。
$ readelf -S /bin/sleep There are 28 section headers, starting at offset 0x81b8: Section Headers: [Nr] Name Type Address Offset Size EntSize Flags Link Info Align ... [14] .text PROGBITS 00000000000018d0 000018d0 0000000000003989 0000000000000000 AX 0 0 16 ... [24] .data PROGBITS 0000000000208000 00008000 0000000000000080 0000000000000000 WA 0 0 32 ...
.textはコード領域、.dataはデータ領域を示している。
readelfから得られたメモリマップの情報は次のようになる。
| 情報 | 値 | |
|---|---|---|
| コード領域 | ファイルオフセット | 0x18d0 |
| サイズ | 0x3989 | |
| メモリマップ開始アドレス | 0x18d0 | |
| データ領域 | ファイルオフセット | 0x8000 |
| サイズ | 0x80 | |
| メモリマップ開始アドレス | 0x208000 | |
| エントリポイント | 0x1b70 |
プログラム実行時に作成されたプロセスのメモリマップは、ファイル/proc/<PID>/mapsで参照できる。
$ /bin/sleep 10000 & [1] 3754 $ cat /proc/3754/maps 563b5a090000-563b5a097000 r-xp 00000000 08:02 5636249 /bin/sleep 563b5a297000-563b5a298000 r--p 00007000 08:02 5636249 /bin/sleep 563b5a298000-563b5a299000 rw-p 00008000 08:02 5636249 /bin/sleep 563b5a914000-563b5a935000 rw-p 00000000 00:00 0 [heap] ...
第3フィールド (perms) についてr-xpがテキストセグメント、rw-pがデータセグメントを示しており、上記のメモリマップ情報に合致している。
あるプロセスから別の新規プロセスを生成する場合は、親プロセスでのfork()後、子プロセスでexecve()を実行する "fork_and_exec" の形を取ることが多い。
_exit(), exit()
プログラムの終了時には_exit()を実行（内部的にはシステムコールexit_group()の発行）し、プロセスに割り当てていたメモリをすべて回収する。
標準Cライブラリのexit()関数は、終了処理として登録されている関数の呼び出しやストリームのフラッシュを行った上で_exit()を発行し、プログラムを終了する。
_exit()はシステムコールのラッパー関数、exit()は標準ライブラリの関数である。
