Модуль 1.2: Процеси та systemd

Основи системи | Складність: [MEDIUM] | Час: 30–35 хв

Передумови

Перед початком цього модуля:

Обов’язково: Модуль 1.1: Архітектура ядра
Бажано: Мати доступ до терміналу Linux.

Що ви зможете робити після цього модуля

Після проходження цього модуля ви зможете:

Керувати процесами за допомогою ps, top, kill та job control (bg, fg, nohup)
Створити та керувати сервісами systemd за допомогою unit-файлів
Діагностувати збої сервісів за допомогою systemctl status, journalctl та аналізу залежностей
Пояснити життєвий цикл процесу (fork, exec, wait, exit) та як утворюються процеси-сироти й процеси-зомбі

Чому цей модуль важливий

Усе, що працює в Linux — це процес. Ваша оболонка, вебсервер, база даних, кожен контейнер — це процеси, якими керує ядро.

Розуміння процесів необхідне, тому що:

Контейнери — ЦЕ процеси. Контейнер — це просто процес в ізоляції.
Поди Kubernetes містять процеси, що працюють у контейнерах.
Налагодження (Debug) вимагає розуміння станів процесів та сигналів.
Керування ресурсами — це, по суті, керування процесами.

Коли kubectl exec зависає, коли контейнер не зупиняється, коли ваш застосунок стає «зомбі» — вам потрібно розуміти, як працюють процеси.

Чи знали ви?

Процес із ID 1 — особливий. Це система ініціалізації (зазвичай systemd), предок УСІХ інших процесів. Якщо PID 1 вмирає, ядро впадає в паніку (kernel panic). У контейнерах ваш головний процес стає PID 1, тому правильна обробка сигналів там критично важлива.
Linux може мати понад 4 мільйони PID. Максимальний PID обмежений параметром /proc/sys/kernel/pid_max. Якщо вони закінчаться — жоден новий процес не зможе запуститися.
Процеси-«зомбі» не споживають CPU чи пам’ять. Це просто запис у таблиці процесів, який чекає, поки батьківський процес підтвердить завершення роботи дитини. Але занадто багато зомбі можуть вичерпати простір ідентифікаторів PID.

Що таке процес?

Процес — це екземпляр програми, що виконується. Він включає:

Код: інструкції програми.
Пам’ять: стек (stack), купа (heap), сегменти даних.
Ресурси: відкриті файли, мережеві з’єднання.
Метадані: PID, власник, стан, пріоритет.

Процес проти Програми

Програма	Процес
Файл на диску	Працює в пам’яті
Пасивна	Активний
Одна копія	Може бути багато екземплярів
`/usr/bin/nginx`	PIDs 1234, 1235…

Ідентифікація та дерево процесів

Кожен процес має:

PID (Process ID) — унікальний номер.
PPID (Parent PID) — номер процесу, який його створив.

Всі процеси утворюють дерево, корінь якого — PID 1:

# Переглянути дерево процесів
pstree -p

Життєвий цикл процесу

Народження: fork() та exec()

Нові процеси створюються у два кроки:

fork() — ядро створює точну копію батьківського процесу (дитину).
exec() — дитина замінює свій код кодом нової програми.

┌──────────┐    fork()     ┌──────────┐
│ Батько   │──────────────▶│ Дитина   │  (копія батька)
│ (bash)   │               │ (bash)   │
└──────────┘               └────┬─────┘
                                │
                           exec("/bin/ls")
                                │
                                ▼
                           ┌──────────┐
                           │ Дитина   │  (тепер виконує ls)
                           │  (ls)    │
                           └──────────┘

Стани процесів

Процеси проходять через різні стани:

R (Running/Runnable): виконується або готовий до виконання (чекає на CPU).
S (Sleeping): спить, чекаючи на подію (наприклад, введення користувача).
D (Disk sleep): глибокий сон, чекає на ввід/вивід (неможливо перервати).
Z (Zombie): завершений, але ще не прибраний батьком.
T (Stopped): зупинений сигналом (наприклад, Ctrl+Z).

Сигнали (Signals)

Сигнали — це програмні переривання для спілкування між процесами.

Основні сигнали

Сигнал	Номер	Що робить	Призначення
SIGHUP	1	Завершити	Перезавантажити конфіг
SIGINT	2	Завершити	Переривання (Ctrl+C)
SIGKILL	9	Завершити	Вбити негайно (неможливо ігнорувати)
SIGTERM	15	Завершити	Ввічливе завершення (стандарт)
SIGSTOP	19	Зупинити	Пауза (неможливо ігнорувати)
SIGCONT	18	Продовжити	Відновити роботу після паузи

Важливо: Завжди намагайтеся спочатку використати SIGTERM (15). Це дає програмі шанс закрити файли та зберегти дані. SIGKILL (9) використовуйте як останній засіб.

systemd: Сучасний менеджер системи

systemd — це стандартна система ініціалізації для більшості дистрибутивів Linux.

Чому systemd?

Паралельний запуск сервісів (швидке завантаження).
Декларативні файли конфігурації (unit files).
Автоматичне керування залежностями.
Збір логів через journald.

Основні типи Юнітів (Units)

.service: фонові служби та додатки.
.socket: активація сервісів через мережеві порти.
.timer: заплановані завдання (заміна cron).
.mount: точки монтування файлових систем.

Керування через systemctl

# Робота з сервісами
systemctl start nginx          # Запустити
systemctl stop nginx           # Зупинити
systemctl restart nginx        # Перезапустити
systemctl status nginx         # Перевірити статус

# Автозапуск при включенні
systemctl enable nginx         # Ввімкнути
systemctl disable nginx        # Вимкнути

Завантажувач GRUB2

GRUB2 — це перша програма, яка запускається при включенні комп’ютера. Вона завантажує ядро в пам’ять.

Відновлення пароля root (Лайфхак для LFCS)

Якщо ви забули пароль:

Перезавантажтесь, у меню GRUB натисніть ‘e’ для редагування.
Знайдіть рядок, що починається з linux, і додайте в кінець rd.break.
Натисніть Ctrl+X для завантаження.

Введіть:

mount -o remount,rw /sysroot
chroot /sysroot
passwd root
touch /.autorelabel
exit
reboot

Тест

Чим відрізняється SIGTERM від SIGKILL?

Відповідь
SIGTERM — це прохання до програми завершити роботу ввічливо (вона може прибрати за собою). SIGKILL — це миттєве вбивство процесу ядром без шансу на збереження даних.
Що таке процес-зомбі?

Відповідь
Це процес, який вже завершив виконання (exit), але його запис ще висить у таблиці процесів, бо батьківський процес не прочитав його статус завершення.
Яка команда показує дерево процесів?

Відповідь
`pstree -p`.
Як зробити так, щоб сервіс запускався автоматично при старті системи?

Відповідь
Використати команду `systemctl enable назва_сервісу`.

Практична вправа

Завдання: Навчитися керувати процесами та сигналами.

Запустіть довгий процес у фоні:
Terminal window
```
sleep 1000 &
```
Знайдіть його PID та PPID:
Terminal window
```
ps -ef | grep sleep
```
Призупиніть його сигналом STOP:
Terminal window
```
kill -STOP <ваш_PID>
```
Перевірте статус (має бути T — Stopped):
Terminal window
```
ps -p <ваш_PID> -o pid,stat,cmd
```
Відновіть роботу сигналом CONT:
Terminal window
```
kill -CONT <ваш_PID>
```
Вбийте його ввічливо через TERM:
Terminal window
```
kill -15 <ваш_PID>
```

Критерії успіху: Ви розумієте стани процесів і вмієте керувати ними за допомогою сигналів.

Підсумок

Усе в Linux — це процеси.
Процеси народжуються через fork+exec.
Signals — це спосіб керувати життям процесів.
systemd — це головний менеджер усіх сервісів у системі.

Далі: Модуль 1.3: Ієрархія файлової системи — дізнайтеся, де в Linux лежать конфіги, програми та ваші дані.