Day 3 - 프로세스의 개념과 유형

프로그램과 프로세스

• 하나의 프로그램에서 여러 개의 프로세스가 만들어질 수 있다. 터미널 창을 세 개 열면 bash 프로세스가 세 개다.
• 프로세스마다 고유한 번호(PID) 가 붙는다.

ls -l /usr/bin/bash
# -rwxr-xr-x. 1 root root 1150584 ... /usr/bin/bash     ← 프로그램: 디스크의 파일 하나
 
ps -e | grep bash
#    2314 pts/0    00:00:00 bash                        ← 프로세스: 지금 실행 중인 것 둘
#    2850 pts/1    00:00:00 bash

• 파일은 하나인데 프로세스는 둘이다. 프로세스는 "프로그램이 실행된 한 번 한 번" 이다.
• PID는 만들어진 순서대로 붙고, 프로세스가 끝나면 그 번호는 나중에 다시 쓰인다. 같은 프로그램을 다시 실행해도 PID는 달라진다.
• 커널은 실행 중인 프로세스의 정보를 /proc/PID번호/ 디렉터리로 보여 준다. ls /proc 에 숫자 이름의 디렉터리가 잔뜩 보이는 이유다.

부모와 자식

   systemd  (PID 1)
      │  fork
      ├── sshd
      │     └── bash        ← 내가 로그인한 셸
      │           ├── vi
      │           └── ls
      └── crond

• 셸에서 명령을 실행하면 셸이 fork로 자식을 만들고 그 자식이 exec로 그 명령이 된다.
• PID 1은 모든 프로세스의 조상이다. 부팅 때 커널이 가장 먼저 띄운다.

ps -ef | head -3
# UID          PID    PPID  C STIME TTY          TIME CMD
# root           1       0  0 09:00 ?        00:00:02 /usr/lib/systemd/systemd
# root           2       0  0 09:00 ?        00:00:00 [kthreadd]

• PID 1의 PPID는 0이다. 사람이 띄운 것이 아니라 커널이 직접 시작했다는 뜻이다.
• 이름이 대괄호로 싸인 것([kthreadd])은 커널 스레드다. 디스크의 프로그램을 실행한 것이 아니라 커널 내부의 일꾼이다.
• systemd를 쓰는 배포판에서 /sbin/init 은 systemd로 가는 심볼릭 링크다. 이름은 남아 있지만 실체가 바뀌었다.

fork와 exec를 직접 보기

echo $$            # 2314     ← 지금 셸의 PID
bash               # 자식 셸을 하나 띄운다
echo $$            # 2901     ← 새 PID 를 받았다
echo $PPID         # 2314     ← 부모는 방금 그 셸이다
exit               # 자식을 끝내고 부모로 돌아온다

• 셸이 ls를 실행할 때는 fork로 자기 복사본을 만든 뒤, 그 복사본이 exec로 ls가 된다. 그래서 ls가 끝나도 셸은 남아 있다.
• 터미널에서 exec ls 라고 치면 fork 없이 셸 자신이 ls로 바뀐다. ls가 끝나면 돌아갈 셸이 없으므로 터미널이 닫힌다.

비정상 상태 둘

• 좀비는 이미 끝난 프로세스다. CPU도 메모리도 쓰지 않고 프로세스 목록의 자리만 차지한다. ps에서 상태가 Z 로 보인다.
• 좀비는 직접 죽일 수 없다. 이미 죽어 있기 때문이다. 부모를 종료하면 PID 1이 정리한다.

ps -ef | grep defunct
# user     3120    3100  0 10:15 pts/0    00:00:00 [myapp] <defunct>

• 자식이 끝나면 커널은 "어떻게 끝났는지"(종료 상태)를 부모가 가져갈 때까지 보관한다. 그 보관 중인 상태가 좀비다. ps에는 <defunct> 로 표시된다.
• 그래서 모든 프로세스는 끝날 때 잠깐 좀비를 거친다. 부모가 곧바로 거두면 눈에 띄지 않는다. 문제가 되는 것은 부모가 거두지 않아 계속 남는 경우다.
• 위 출력에서 좀비의 PID는 3120, 부모는 3100이다. 손댈 대상은 3120이 아니라 3100이다.

• 고아는 정상적으로 일하는 프로세스다. 부모만 바뀌었을 뿐이다. 반면 좀비는 일하지 않는 빈 껍데기다.
• 시험의 답은 "PID 1이 입양한다"이다. 최근 배포판에서는 사용자 세션을 맡은 systemd 프로세스가 대신 새 부모가 되어 PPID가 1이 아닌 값으로 보이기도 한다.
• 좀비 하나는 해가 없지만, 계속 쌓이면 PID를 다 써서 새 프로세스를 만들지 못하게 된다.

포그라운드와 백그라운드

sleep 100 &          # 처음부터 백그라운드로
jobs                 # 백그라운드 작업 목록
fg %1                # 1번 작업을 포그라운드로
bg %1                # 1번 작업을 백그라운드로

• Ctrl+Z는 정지이고 Ctrl+C는 종료다. 이 둘을 바꿔 쓰면 안 된다.
• nohup 을 붙이면 터미널을 닫아도 계속 실행된다 — nohup 명령 &.

jobs 출력 읽기

sleep 300 &
# [1] 3301                          ← [작업 번호] PID
vi memo.txt                         # 편집하다가 Ctrl+Z
# [2]+  Stopped                 vi memo.txt
jobs
# [1]-  Running                 sleep 300 &
# [2]+  Stopped                 vi memo.txt
jobs -l
# [1]-  3301 Running                 sleep 300 &
# [2]+  3305 Stopped                 vi memo.txt
fg                                  # 번호를 생략하면 + 가 붙은 작업(vi)이 온다
kill %1                             # 작업 번호로 종료

• 작업 번호에는 %를 붙인다. kill 1 은 PID 1에, kill %1 은 1번 작업에 시그널을 보낸다. 전혀 다른 대상이다.
• jobs는 현재 셸이 띄운 작업만 보여 준다. 다른 터미널에서 실행한 것은 ps로 찾는다.
• Ctrl+Z로 멈춘 작업은 끝난 것이 아니다. 목록에 Stopped로 남아 있으며 bg를 해야 다시 돈다.

키와 시그널

&와 nohup의 차이

nohup ./backup.sh &
# [1] 3410
# nohup: ignoring input and appending output to 'nohup.out'

• 터미널이 닫히면 거기서 띄운 프로세스들에게 SIGHUP(1) 이 간다. nohup(no hang up)은 이 시그널을 무시하게 해서 살아남게 한다.
• nohup만으로는 백그라운드가 되지 않는다. 뒤로 보내는 것은 &의 몫이라 둘을 함께 쓴다.
• 화면이 없어지므로 출력은 현재 디렉터리의 nohup.out 파일에 쌓인다.
• 백그라운드 작업이라도 출력은 터미널에 그대로 찍힌다. 섞이지 않게 하려면 명령 > out.log 2>&1 & 처럼 파일로 돌린다.

데몬 프로세스

• 백그라운드에서 요청을 기다리는 서비스 프로세스다. 터미널에 붙어 있지 않다.
• 이름이 d로 끝나는 관례가 있다.

ps -ef | grep -E "sshd|crond"
# root        1023       1  0 09:00 ?        00:00:00 /usr/sbin/sshd -D
# root        1045       1  0 09:00 ?        00:00:00 /usr/sbin/crond -n

• TTY 칸이 ? 다. 연결된 터미널이 없다는 뜻이며 데몬을 알아보는 표시다. 내가 터미널에서 띄운 프로세스는 pts/0 처럼 나온다.
• PPID가 1이다. 사용자가 로그인해서 띄운 것이 아니라 부팅 때 PID 1이 시작했다.
• d로 끝나는 것은 관례일 뿐 규칙이 아니다. nginx·sendmail처럼 d로 끝나지 않는 데몬도 있고, 반대로 find·pwd·useradd는 d로 끝나도 데몬이 아니다.

• systemd를 쓰는 배포판에서 데몬은 systemctl start sshd · systemctl stop sshd 처럼 다룬다. 이전 방식은 service httpd start 였다.

데몬이 실행되는 두 방식

• standalone은 빠르고 메모리를 많이, inetd 방식은 느리지만 메모리를 아낀다. 이 맞바꿈이 시험에 나온다.
• inetd를 개선한 것이 xinetd 이며 접근 제어 기능이 추가되었다.
• 요청이 잦은 웹·SSH는 standalone, 어쩌다 쓰는 telnet 같은 것은 inetd 방식에 어울린다.

   standalone          요청 ──────────────────────►  httpd (늘 떠 있다)
 
   inetd 방식          요청 ──►  xinetd (늘 떠 있다)  ──►  in.telnetd (그때 띄운다)
                                 └ 여러 서비스의 문을 혼자 지킨다

   # /etc/xinetd.d/telnet
   service telnet
   {
           disable         = no
           socket_type     = stream
           wait            = no
           user            = root
           server          = /usr/sbin/in.telnetd
   }

• disable = no 가 "사용한다" 는 뜻이다. "끄기 = 아니오"라는 이중 부정이라 헷갈린다. disable = yes 면 그 서비스는 꺼진다.
• 슈퍼 데몬 자신(xinetd)은 standalone으로 돈다. 늘 떠 있어야 다른 서비스를 대신 기다릴 수 있다.
• "슈퍼 데몬"이라는 이름은 여러 데몬을 거느리고 대신 깨워 준다는 데서 왔다. 권한이 더 높다는 뜻이 아니다.

내일은 이 프로세스를 눈으로 보고 다루는 명령 — ps, top, kill과 작업 예약을 다룬다.

📖 용어

• 프로세스 : 실행되어 메모리에 올라간 프로그램.
• PID / PPID : 프로세스 자신의 번호 / 부모 프로세스의 번호.
• fork : 부모 프로세스가 자신을 복제해 자식 프로세스를 만드는 동작.
• 고아 프로세스 : 부모가 먼저 종료된 자식 프로세스. PID 1이 입양한다.
• 좀비 프로세스 : 종료되었으나 부모가 종료 상태를 회수하지 않아 목록에 남은 프로세스.
• 포그라운드 / 백그라운드 : 터미널을 붙잡고 실행 / 뒤에서 실행.
• 데몬 : 배후에서 서비스 요청을 기다리는 프로세스. 이름이 주로 d로 끝난다.
• standalone / inetd : 데몬을 항상 상주시키는 방식 / 슈퍼 데몬이 필요할 때 띄우는 방식.