Всякая выполняющаяся в Linux программа называется процессом. Linux как многозадачная система характеризуется тем, что одновременно может выполняться множество процессов, принадлежащих одному или нескольким пользователям. Вывести список исполняющихся в текущее время процессов можно командой ps, например, следующим образом:

/home/larry# ps 
PID TT STAT  TIME COMMAND 
24  3  S     0:03 (bash)
161 3  R     0:00 ps
/home/larry#

Обратите внимание, что по умолчанию команда ps выводит список только тех процессов, которые принадлежат запустившему её пользователю. Чтобы посмотреть все исполняющиеся в системе процессы, нужно подать команду ps -a. Номера процессов (process ID, или PID), указанные в первой колонке, являются уникальными номерами, которые система присваивает каждому работающему процессу. Последняя колонка, озаглавленная COMMAND, указывает имя работающей команды. В данном случае в списке указаны процессы, которые запустил сам пользователь larry. В системе работает ещё много других процессов, их полный список можно просмотреть командой ps -aux. Однако среди команд, запущенных пользователем larry, есть только bash (командная оболочка для пользователя larry) и сама команда ps. Видно, что оболочка bash работает одновременно с командой ps. Когда пользователь ввёл команду ps, оболочка bash начала её исполнять. После того, как команда ps закончила свою работу (таблица процессов выведена на экран), управление возвращается процессу bash. Тогда оболочка bash выводит на экран приглашение и ждёт новой команды.

Работающий процесс также называют заданием (job). Понятия процесс и задание являются взаимозаменяемыми. Однако, обычно процесс называют заданием, когда имеют ввиду управление заданием (job control). Управление заданием — это функция командной оболочки, которая предоставляет пользователю возможность переключаться между несколькими заданиями.

В большинстве случаев пользователи запускают только одно задание — это будет та команда, которую они ввели последней в командной оболочке. Однако многие командные оболочки (включая bash и tcsh) имеют функции управления заданиями (job control), позволяющие запускать одновременно несколько команд или заданий (jobs) и, по мере надобности, переключаться между ними.

Управление заданиями может быть полезно, если, например, вы редактируете большой текстовый файл и хотите временно прервать редактирование, чтобы сделать какую-нибудь другую операцию. С помощью функций управления заданиями можно временно покинуть редактор, вернуться к приглашению командной оболочки и выполнить какие-либо другие действия. Когда они будут сделаны, можно вернуться обратно к работе с редактором и обнаружить его в том же состоянии, в котором он был покинут. У функций управления заданиями есть ещё много полезных применений.

Задания могут быть либо на переднем плане (foreground), либо фоновыми (background). На переднем плане в любой момент времени может быть только одно задание. Задание на переднем плане — это то задание, с которым вы взаимодействуете; оно получает ввод с клавиатуры и посылает вывод на экран (если, разумеется, вы не перенаправили ввод или вывод куда-либо ещё). Напротив, фоновые задания не получают ввода с терминала; как правило, такие задания не нуждаются во взаимодействии с пользователем.

Некоторые задания исполняются очень долго, и во время их работы не происходит ничего интересного. Пример таких заданий — компилирование программ, а также сжатие больших файлов. Нет никаких причин смотреть на экран и ждать, когда эти задания выполнятся. Такие задания следует запускать в фоновом режиме. В это время вы можете работать с другими программами.

Для управления выполнением процессов в Linux предусмотрен механизм передачи сигналов. Сигнал — это способность процессов обмениваться стандартными короткими сообщениями непосредственно с помощью системы. Сообщение-сигнал не содержит никакой информации, кроме номера сигнала (для удобства вместо номера можно использовать предопределённое системой имя). Для того, чтобы передать сигнал, процессу достаточно задействовать системный вызов kill(), а для того, чтобы принять сигнал, не нужно ничего. Если процессу нужно как-то по-особенному реагировать на сигнал, он может зарегистрировать обработчик, а если обработчика нет, за него отреагирует система. Как правило, это приводит к немедленному завершению процесса, получившего сигнал. Обработчик сигнала запускается асинхронно, немедленно после получения сигнала, что бы процесс в это время ни делал.

Два сигнала — номер 9 (KILL) и 19 (STOP) — всегда обрабатывает система. Первый из них нужен для того, чтобы убить процесс наверняка (отсюда и название). Сигнал STOP приостанавливает процесс: в таком состоянии процесс не удаляется из таблицы процессов, но и не выполняется до тех пор, пока не получит сигнал 18 (CONT) — после чего продолжит работу. В командной оболочке Linux сигнал STOP можно передать активному процессу с помощью управляющей последовательности Ctrl-Z.

Сигнал номер 15 (TERM) служит для прерывания работы задания. При прерывании (interrupt) задания процесс погибает. Прерывание заданий обычно осуществляется управляющей последовательностью Ctrl-C^[1]. Восстановить прерванное задание никаким образом невозможно. Следует также знать, что некоторые программы перехватывают сигнал TERM (при помощи обработчика), так что нажатие комбинации клавиш Ctrl-C (о) может не прервать процесс немедленно. Это сделано для того, чтобы программа могла уничтожить следы своей работы прежде, чем она будет завершена. На практике, некоторые программы вообще нельзя прервать таким способом.

Начнём с простого примера. Рассмотрим команду yes, которая на первый взгляд может показаться бесполезной. Эта команда посылает бесконечный поток строк, состоящих из символа y на стандартный вывод. Посмотрим, как работает эта команда:

/home/larry# yes 
y 
y 
y 
y 
y

Последовательность таких строк будет бесконечно продолжаться. Уничтожить этот процесс можно, отправив ему сигнал прерывания, т. е. нажав Ctrl-C. Поступим теперь иначе. Чтобы на экран не выводилась эта бесконечная последовательность перенаправим стандартный вывод команды yes на /dev/null. Как вы, возможно, знаете, устройство /dev/null действует как «чёрная дыра»: все данные, посланные в это устройство, пропадают. С помощью этого устройства очень удобно избавляться от слишком обильного вывода некоторых программ.

/home/larry# yes > /dev/null

Теперь на экран ничего не выводится. Однако и приглашение командной оболочки также не возвращается. Это происходит потому, что команда yes все ещё работает и посылает свои сообщения, состоящие из букв y на /dev/null. Уничтожить это задание также можно, отправив ему сигнал прерывания.

Допустим теперь, что вы хотите, чтобы команда yes продолжала работать, но при этом и приглашение командной оболочки должно вернуться на экран, так чтобы вы могли работать с другими программами. Для этого можно команду yes перевести в фоновый режим, и она будет там работать, не общаясь с вами.

Один способ перевести процесс в фоновый режим — приписать символ & к концу команды. Пример:

/home/larry# yes > /dev/null & 
[1]+ 164
/home/larry#

Сообщение [1] представляет собой номер задания (job number) для процесса yes. Командная оболочка присваивает номер задания каждому исполняемому заданию. Поскольку yes является единственным исполняемым заданием, ему присваивается номер 1. Число 164 является идентификационным номером, соответствующим данному процессу (PID), и этот номер также дан процессу системой. Как мы увидим дальше, к процессу можно обращаться, указывая оба этих номера.

Итак, теперь у нас есть процесс команды yes, работающий в фоне, и непрерывно посылающий поток из букв y на устройство /dev/null. Для того, чтобы узнать статус этого процесса, нужно исполнить команду jobs, которая является внутренней командой оболочки.

/home/larry# jobs 
[1]+  Running                 yes >/dev/null  &
/home/larry#

Мы видим, что эта программа действительно работает. Для того, чтобы узнать статус задания, можно также воспользоваться командой ps, как это было показано выше.

Для того, чтобы передать процессу сигнал (чаще всего возникает потребность прервать работу задания) используется утилита kill. В качестве аргумента этой команде даётся либо номер задания, либо PID. Необязательный параметр — номер сигнала, который нужно отправить процессу. По умолчанию отправляется сигнал TERM. В рассмотренном выше случае номер задания был 1, так что команда kill %1 прервёт работу задания. Когда к заданию обращаются по его номеру (а не PID), тогда перед этим номером в командной строке нужно поставить символ процента («%»).

Теперь введём команду jobs снова, чтобы проверить результат предыдущего действия:

/home/larry# jobs [1]
Terminated              yes      >/dev/null

Фактически задание уничтожено, и при вводе команды jobs следующий раз на экране о нем не будет никакой информации.

Уничтожить задание можно также, используя идентификационный номер процесса (PID). Этот номер, наряду с идентификационным номером задания, указывается во время старта задания. В нашем примере значение PID было 164, так что команда kill 164 была бы эквивалентна команде kill %1. При использовании PID в качестве аргумента команды kill вводить символ «%» не требуется.

Запустим сначала процесс командой yes на переднем плане, как это делалось раньше:

/home/larry# yes > /dev/null

Как и ранее, поскольку процесс работает на переднем плане, приглашение командной оболочки на экран не возвращается.

Теперь вместо того, чтобы прервать задание комбинацией клавиш Ctrl-C, задание можно приостановить (suspend, буквально — подвесить), отправив ему сигнал STOP. Для приостановки задания надо нажать соответствующую комбинацию клавиш, обычно это Ctrl-Z.

/home/larry# yes > /dev/null 
Ctrl-Z[1]+  Stopped yes      >/dev/null 
/home/larry#

Приостановленный процесс попросту не выполняется. На него не тратятся вычислительные ресурсы процессора. Приостановленное задание можно запустить выполняться с той же точки, как будто бы оно и не было приостановлено.

Для возобновления выполнения задания на переднем плане можно использовать команду fg (от слова foreground — передний план).

/home/larry# fg 
yes >/dev/null

Командная оболочка ещё раз выведет на экран название команды, так что пользователь будет знать, какое именно задание он в данный момент запустил на переднем плане. Приостановим это задание ещё раз нажатием клавиш Ctrl-Z, но в этот раз запустим его в фоновый режим командой bg (от слова background — фон). Это приведёт к тому, что данный процесс будет работать так, как если бы при его запуске использовалась команда с символом & в конце (как это делалось в предыдущем разделе):

/home/larry# bg 
[1]+ yes $>$/dev/null  & 
/home/larry#

При этом приглашение командной оболочки возвращается. Сейчас команда jobs должна показывать, что процесс yes действительно в данный момент работает; этот процесс можно уничтожить командой kill, как это делалось раньше.

Для того, чтобы приостановить задание, работающее в фоновом режиме, нельзя воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl-Z. Прежде, чем приостанавливать задание, его нужно перевести на передний план командой fg и лишь потом приостановить. Таким образом, команду fg можно применять либо к приостановленным заданиям, либо к заданию, работающему в фоновом режиме.

Между заданиями в фоновом режиме и приостановленными заданиями есть большая разница. Приостановленное задание не работает — на него не тратятся вычислительные мощности процессора. Это задание не выполняет никаких действий. Приостановленное задание занимает некоторый объем оперативной памяти компьютера, через некоторое время ядро откачает эту часть памяти на жёсткий диск «до востребования». Напротив, задание в фоновом режиме выполняется, использует память и совершает некоторые действия, которые, возможно, вам требуются, но вы в это время можете работать с другими программами.

Задания, работающие в фоновом режиме, могут пытаться выводить некоторый текст на экран. Это будет мешать работать над другими задачами.

/home/larry# yes &

Здесь стандартный вывод не был перенаправлен на устройство /dev/null, поэтому на экран будет выводится бесконечный поток символов y. Этот поток невозможно будет остановить, поскольку комбинация клавиш Ctrl-C не воздействует на задания в фоновом режиме. Для того чтобы остановить эту выдачу, надо использовать команду fg, которая переведёт задание на передний план, а затем уничтожить задание комбинацией клавиш Ctrl-C.

Сделаем ещё одно замечание. Обычно командой fg и командой bg воздействуют на те задания, которые были приостановлены последними (эти задания будут помечены символом + рядом с номером задания, если ввести команду jobs). Если в одно и то же время работает одно или несколько заданий, задания можно помещать на передний план или в фоновый режим, задавая в качестве аргументов команды fg или команды bg их идентификационный номер (job ID). Например, команда fg %2 помещает задание номер 2 на передний план, а команда bg %3 помещает задание номер 3 в фоновый режим. Использовать PID в качестве аргументов команд fg и bg нельзя.

Более того, для перевода задания на передний план можно просто указать его номер. Так, команда %2 будет эквивалентна команде fg %2.

Важно помнить, что функция управления заданием принадлежит оболочке. Команды fg, bg и jobs являются внутренними командами оболочки. Если, по некоторой причине, вы используете командную оболочку, которая не поддерживает функции управления заданиями, то вы в ней этих (и подобных) команд не отыщете.