[System Programming] 8-2장. 프로세스 ID

8 분 소요

프로세스 ID

각 프로세스는 프로세스를 구별하는 번호인 프로세스 ID를 갖는다.
- PID : a unique identifier
- The pid is guaranteed to be unique at any single point in time
- As processes terminate, IDs become candidates for reuse.
각 프로세스는 자신을 생성해준 부모 프로세스가 있다.
- init process를 제외한 모든 process는 부모 프로세스가 있다.

int getpid( ); //프로세스의 ID를 리턴한다.
int getppid( ); //부모 프로세스의 ID를 리턴한다. 

pid.c

#include <stdio.h>

/* 프로세스 번호를 출력한다. */
int main()
{
    int pid;
    printf("나의 프로세스 번호 : [%d] \n", getpid());
    printf("내 부모 프로세스 번호 : [%d] \n", getppid());
}

shell prompt에 pid 실행파일을 치면 나의 프로세스는 pid process가 되는 것이고 나의 부모 process는 shell process가 되는 것이다.

get parent pid -> getppid()

Process identifiers

같은 번호를 갖지 않도록 할당 됨

Current working directory of process

각 프로세스는 Current working directory 를 가지고 있음
chdir() 시스템 콜을 이용해 Current working directory를 pathname 이 지정하는 디렉토리로 변경 가능
- 단, 프로세스는 pathname이 지정하는 디렉토리에 대한 실행 권한이 있어 야 함. (5장 파일 시스템 참조)

#include <unistd.h>
int chdir(const char *pathname); // return: 0 if OK, -1 on error

Process identifiers

process id는 고정적인 번호가 아닌데 0,1,2 번은 고정되어 있다.

Process 0 (idle process : scheduler process or swapper)
- READY에서 RUNNING으로 넘어갈 process를 결정해 주는 process
- The process that the kernel “runs” when there are no other runnable processes
- Part of the kernel.
- System process.
Process 1 (init process)
- Normally, the init process on Linux is the init program
- The first process that the kernel executes after booting the system
  - Invoked at the end of the bootstrap procedure.
- invoked by the kernel (/sbin/init or /etc/init )
- Initialize the UNIX system with initialization files: /etc/rc* or /etc/inittab.
- Never dies.
- User process with superuser privilege.
Process 2 (pagedaemon)
- supports the paging of the virtual memory system
- kernel process

Init Process

Unless the user explicitly tells the kernel what process to run (through the init kernel command-line parameter), the kernel has to identify a suitable init process on its own
The Linux kernel tries four executables, in the following order:

/sbin/init: The preferred and most likely location for the init process.
/etc/init: Another likely location for the init process.
/bin/init: A possible location for the init process.
/bin/sh: The location of the Bourne shell, which the kernel tries to run if it fails to find an init process.

위 우선순위를 기반하여 init process가 결정
After the handoff from the kernel, the init process handles the remainder of the boot process.
Typically, this includes initializing the system, starting various services, and launching a login program.

프로세스의 사용자 ID(uid)

프로세스는 프로세스 ID 외에
프로세스의 사용자 ID와 그룹 ID를 갖는다.
- 그 프로세스를 실행시킨 사용자의 ID와 사용자의 그룹 ID
- 프로세스가 수행할 수 있는 연산 권한 (예:파일 사용권한)을 결정 하는 데 사용된다.
- 새로운 프로세스 생성 시 부모의 사용자 ID와 그룹 ID를 물려 받음, 프로세스 ID는 별도 ID를 부여 받음
프로세스의 실제 사용자 ID (real user ID)
- 그 프로세스를 실행한 원래 사용자의 사용자 ID로 설정된다.
- 예를 들어 chang이라는 사용자 ID로 로그인하여 어떤 프로그램을 실행시키면 그 프로세스의 실제 사용자 ID는 chang이 된다.
프로세스의 유효 사용자 ID (effective user ID)
- 현재 유효한 사용자 ID로 새로 파일을 만들 때나 파일에 대한 접근 권한을 검사할 때 주로 사용된다.
- 보통 유효 사용자 ID와 실제 사용자 ID는 특별한 실행파일을 실행 할 때를 제외하고는 동일하다.

사용자 ID vs. 프로세스 ID

사용자 ID: 로그인 이름
프로세스 ID: 프로세스마다 생성되는 ID(권한에 대한 것)

프로세스의 사용자 ID

프로세스의 실제/유효 사용자 ID 반환
프로세스의 실제/유효 그룹 ID 반환
오류 리턴은 없음

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
uid_t getuid( ); //프로세스의 실제 사용자 ID를 반환한다.
uid_t geteuid( ); //프로세스의 유효 사용자 ID를 반환한다.
gid_t getgid( ); //프로세스의 실제 그룹 ID를 반환한다.
gid_t getegid( ); //프로세스의 유효 그룹 ID를 반환한다.

PID, UID

#include <unistd.h>

pid_t getpid(void);
 	Returns: process ID of calling process
pid_t getppid(void);
 	Returns: parent process ID of calling process
uid_t getuid(void);
 	Returns: real user ID of calling process
uid_t geteuid(void);
 	Returns: effective user ID of calling process
gid_t getgid(void);
 	Returns: real group ID of calling process
gid_t getegid(void);
 	Returns: effective group ID of calling process 

pid_t defined in <sys/types.h>

pid_t: Used for process IDs and process group IDs.

uid.c

#include <stdio.h> $ uid
#include <pwd.h> 
#include <grp.h> 

/* 사용자 ID를 출력한다. */
int main()
{
     int pid;
     printf("나의 실제 사용자 ID : %d(%s) \n", getuid(), getpwuid(getuid())->pw_name);
     printf("나의 유효 사용자 ID : %d(%s) \n", geteuid(), getpwuid(geteuid())->pw_name);
     printf("나의 실제 그룹 ID : %d(%s) \n", getgid(), getgrgid(getgid())->gr_name);
     printf("나의 유효 그룹 ID : %d(%s) \n", getegid(), getgrgid(getegid())->gr_name);
}

getpwuid() : uid에 해당하는 패스워드파일 엔트리를 읽어 사용자이름으로 변환
getgrgid() : gid에 해당하는 그룹파일 엔트리를 읽어 그룹이름으로 변환

Getpwuid (5장)

사용자 id와 일치하는 엔트리를 /etc/pswd 파일에서 찾아 그 엔트리에 대한 포인터를 반환
이 엔트리의 pw_name 필드가 사용자 이름을 가지고 있음

#include <pwd.h>
struct passwd *getpwuid(uid_t uid);

struct passwd{ /* pwd.h */
    char *pw_name; /* Username. */
    char *pw_passwd; /* Password. */
    uid_t pw_uid; /* User ID. */
    gid_t pw_gid; /* Group ID. */
    char *pw_gecos; /* Real name. */
    char *pw_dir; /* Home directory. */
    char *pw_shell; /* Shell program. */
};

getgrgid : 그룹 id로 그룹 정보 제공

#include <grp.h>
struct group *getgrgid(gid_t gid);

/etc/passwd 파일

사용자 계정 별로 콜론(:) 으로 구분된 7개의 필드를 기록
Login name
- 로그인할 때 사용하는 ID (문자로 표현됨)
- user name이라고도 함.
Password
- 암호화된 패스워드
User ID
- Number로 표현된 ID
- root (슈퍼유저) login name은 user ID가 0임
Group ID
- 사용자가 소속된 Group의 ID
Comment
- 사용자에 대한 설명
Home directory
- 로그인하면 최초 존재하는 디렉토리
- HOME 환경 변수의 값
Login shell
- 쉘 프로그램의 종류
- 로그인 후 사용자가 처음 접하는 프로그램
- SHELL 환경 변수의 값

프로세스의 사용자 ID

프로세스의 실제/유효 사용자 ID 변경
프로세스의 실제/유효 그룹 ID 변경

#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
int setuid(uid_t uid); //프로세스의 실제 사용자 ID를 uid로 변경한다.
int seteuid(uid_t uid); //프로세스의 유효 사용자 ID를 uid로 변경한다.
int setgid(gid_t gid); //프로세스의 실제 그룹 ID를 gid로 변경한다.
int setegid(gid_t gid); //프로세스의 유효 그룹 ID를 gid로 변경한다.

st_mode

Stat 구조체 <sys/stat.h>
- 파일 타입과 사용권한 정보는 st->st_mode 필드에 함께 저장됨.
st_mode 필드
- 4비트: 파일 타입
- 3비트: 특수용도
- 9비트: 사용권한
  - 3비트: 파일 소유자의 사용권한
  - 3비트: 그룹의 사용권한
  - 3비트: 기타 사용자의 사용권한

special bits (3비트: 특수용도)
- #define S_ISUID 0004000 /* set uid on execution */
- #define S_ISGID 0002000 /* set group id on execution */
- #define S_ISVTX 0001000 /* save text(sticky bit) */

Stick bit의 사용

원래의 용도는 실행 프로그램을 swap area에 저장하여 속도 향상.
- virtual memory의 사용으로 필요가 없어짐.
기능이 확장되어 현재는 다음 용도로 많이 사용됨.
- /tmp, /var/spool/uucppublic에서는 모든 사용자가 파일을 읽고, 쓰고, 실행 가능
- 하지만, 다른 사용자의 파일을 delete/rename하면 안 된다.
- 이러한 directory들은 sticky bit로 설정한다.(위 두 기능을 수행하기 위해서)

Set-user-ID and set-group-ID

real ID and effective ID
- real user(group) ID
  - Identifies who we really are.
  - Written in the password file(/etc/passwd,/etc/shadow).
- effective user(group) ID
  - Determines file access permission, signal delivery permission.
  - 내가 누군지를 입증해 주는 id가 아니라 file을 access할 때나 signal delivery 할 때의 허락을 결정하는 id이다.
  - effective User ID가 0인 프로세스를 privileged process라고 함
    - 모든 권한을 갖고 있음.
- Normally, effective user(group) ID = real user(group) ID.
- But, effective user(group) ID can be different from the real user(group) ID,
  - In the case of executing programs with the setuid(setgid) bit set.
    - 이에 대해서 아래에서 설명하도록 하겠다.
    - set user id bit set을 가진 프로그램을 실행하는 경우
  - In the case of calling system call: setuid(). setgid()
    - 원래 둘이 같았었는데 직접 변경한 경우

set-user-id 실행파일(중요)

특별한 실행권한 set-user-id(set user ID upon execution)
- 어떤 프로세스가 set-user-id 설정된 실행파일을 실행하면 (ex. shell 명령어를 치면)
- 이 프로세스의 유효 사용자 ID는 그 실행파일의 소유자로 바뀜.
- 이 프로세스는 실행되는 동안 그 파일의 소유자 권한을 갖게 됨.
  - exec()을 통해 set-user-id 프로그램을 메모리에 탑재하면 프로세스의 유효 사용자 ID를 실행 파일의 사용자 id로 설정됨
예 : /usr/bin/passwd 명령어 실행 파일
- set-user-id 실행권한이 설정된 실행파일이며 소유자는 root
- 일반 사용자가 쉘에서 이 파일을 실행하게 되면, 이 프로세스의 유효 사용자 ID는 root가 됨.
- /etc/passwd처럼 root만 수정할 수 있는 파일의 접근 및 수정 가능(이 실행파일을 실행시키는 동안에는)

Set-user-ID and set-group-ID

passwd program를 이용하여 password를 바꿀 경우
- passwd program을 실행하는 도중 root의 권한을 부여받음. (잠정적으로)
  - Real user ID of passwd program: user
  - Effective user ID of passwd program: root

s가 set-user-ID가 세팅 되었음을 의미한다.

이를 실행하면 effective user ID가 root로 setting 되어 passwd 파일을 수정할 수 있게 된다.(root만 할 수 있던)

Ownerships of new files

When a file is created using open or creat
- Generally, the user ID of a new file is set to the effective user ID of the process

set-user-id 실행파일

set-user-id 실행권한은 심볼릭 모드로 ‘s’로 표시, 8진수로는 4000

$ ls –asl /bin/su /usr/bin/passwd
32 -rwsr-xr-x. 1 root root 32396 2011-05-31 01:50 /bin/su
28 -rwsr-xr-x. 1 root root 27000 2010-08-22 12:00 /usr/bin/passwd

set-uid 실행권한 설정

$ chmod 4755 file1

set-gid 비트 설정 // 강제 잠금 설정

$ chmod 2755 file1

$ /bin/su
# chown root uid : uid 실행파일에게 root 권한을 준다.
# exit
$ chmod 4755 uid
$ uid

나의 실제 사용자 ID : 109 (chang) 나의 유효 사용자 ID : 0 (root) 나의 실제 그룹 ID : 101 (faculty) 나의 유효 그룹 ID : 101 (faculty)

$ uid
나의 실제 사용자 ID : 109 (chang)
나의 유효 사용자 ID : 109 (chang)
나의 실제 그룹 ID : 101 (faculty)
나의 유효 그룹 ID : 101 (faculty)

8.5 프로세스 구조

프로세스

프로세스는 실행중인 프로그램이다.
- Program instance of program definition
프로그램 실행을 위해서는
- 프로그램의 코드, 데이터, 스택, 힙, U-영역 등이 필요하다.
프로세스 이미지(구조)는 메모리 내의 프로세스 레이아웃
프로그램 자체가 프로세스는 아니다 !

프로세스 구조

프로세스 구조

텍스트(text)
- 프로세스가 실행하는 실행코드를 저장하는 영역이다.
- 읽기 전용, 공유는 가능함
데이터 (data)
- 전역 변수(global variable) 및 정적 변수(static variable)를 위한 메모리 영역이다.
- 프로세스가 종료되지 않으면 없어지지 않는다.
- Initialized data segment : exec()에 의해 프로그램에서 읽어옴
  - int x = 10;
- Unnitialized data segment (bss) : exec()에 의해 0으로 초기화
  - int array[10];
힙(heap)
- 동적 메모리 할당을 위한 영역이다. (malloc)
- C 언어의 malloc 함수를 호출하면 이 영역에서 동적으로 메모리를 할당해준다.
스택(stack area)
- 함수 호출을 구현하기 위한 실행시간 스택(runtime stack)을 위한 영역으로 활성 레코드(activation record, or stack frame)가 저장된다.
- activation record 안에 automatic local variables, parameter variables, return address, 호출함수의 레지스터 등이 저장
- 함수가 종료되면 없어지는 이유는 함수가 호출될 때 만들어진 stack frame이 함수가 return 될 때 없어지게 된다. 그래서 local variable은 함수가 실행되는 도중에만 존재하고 그 함수가 return 하면 없어지게 되는 특징을 갖는 것이다.
U-영역(user-area)
- 열린 파일 디스크립터, 현재 작업 디렉터리 등과 같은 프로세스의 정보를 저장하는 영역이다.
- command-line arguments and environment variables are stored.

프로세스가 공유 가능한 부분은 code 부분

tread는 데이터도 공유 가능

핵심 개념

프로세스는 실행중인 프로그램이다.
쉘은 사용자와 운영체제 사이에 창구 역할을 하는 소프트웨어로 사용자로부터 명령어를 입력받아 이를 처리하는 명령어 처리기 역할을 한다.
프로그램이 실행되면 프로그램의 시작 루틴에게 명령줄 인수와 환경 변수가 전달된다.
exit()는 뒷정리를 한 후 프로세스를 정상적으로 종료시키고 _exit()는 뒷정리를 하지 않고 프로세스를 즉시 종료시킨다.
exit 처리기는 exit()에 의한 프로세스 종료 과정에서 자동으로 수행된다.
각 프로세스는 프로세스 ID를 갖는다. 각 프로세스는 자신을 생성해 준 부모 프로세스가 있다.
각 프로세스는 실제 사용자 ID와 유효 사용자 ID를 가지며 실제 그룹 ID와 유효 그룹 ID를 갖는다.
프로세스 이미지는 텍스트(코드), 데이터, 힙, 스택 등으로 구성된다.

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Kang Chang Ryong

[System Programming] 8-2장. 프로세스 ID

프로세스 ID

pid.c

Process identifiers

Current working directory of process

Process identifiers

Init Process

프로세스의 사용자 ID(uid)

프로세스의 사용자 ID

PID, UID

uid.c

Getpwuid (5장)

/etc/passwd 파일

프로세스의 사용자 ID

st_mode

Set-user-ID and set-group-ID

set-user-id 실행파일(중요)

Set-user-ID and set-group-ID

Ownerships of new files

set-user-id 실행파일

8.5 프로세스 구조

프로세스

프로세스 구조

핵심 개념

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참고

[OS] Virtual Memory

[HCI] 10. Universal Design-Multi-Sensory Systems

[HCI] 9. Dialogue Notations and Design 2

[HCI] 9. Dialogue Notations and Design 1