Betriebssysteme/hw4/task1

Homework hw4 task1

Ziel dieser Aufgabe ist es, mittels des externen Crates procinfo einige Prozessverwaltungs-Informationen kennen zu lernen, die das Betriebssystem beim Ausführen der Prozesse verwaltet. Fertige Programme wie ps, htop oder pmap verwenden diese Informationen, um über das System und Tasks Auskunft zu geben.

Die Funktionalität der Programms wird auf die 3 Module aufgeteilt:

• main.rs: die Funktion `main()
• readproc.rs: Handling der Funktionen, die angefragte Informationen aus dem proc/ Verzeichnis zu Verfügung stellen.
• pstree.rs: Struct und Methoden, um einen ‘pstree’ darzustellen

Gliederung

• Daten aus dem /proc Verzeichnis lesen
• Externe Crate nutzen
• Optionalen Parameter parsen
• Aufgaben
  • Externe Crate in Dependencies eintragen
  • readproc.rs: Eigene Prozessinformationen auslesen
  • pstree.rs: Prozesskette ausgeben
• Kontrolle Ihres Repositories

Daten aus dem /proc Verzeichnis lesen

“Das /proc-Verzeichnis ist kein wirkliches Dateisystem, sondern eine Schnittstelle zum Kernel. Die Dateien, die in diesem Verzeichnis liegen, benutzen keinen Speicherplatz auf der Platte, sind aber trotzdem les- und in manchen Fällen auch beschreibbar. 

Seinen Namen trägt dieses Verzeichnis daher, dass es für jeden laufenden Prozess ein Unterverzeichnis bereithält, das Informationen über diesen Prozess zur Verfügung stellt. Das Unterverzeichnis trägt als Namen die ProzessID (PID) des jeweiligen Prozesses. Es enthält unter anderem folgende Dateien:

• cmdline Die Kommandozeile, mit der der Prozess gestartet wurde, mit allen verwendeten Parametern.
• cwd (current working directory) Ein symbolischer Link auf das Verzeichnis, das beim Aufruf des Prozesses das aktuelle Arbeitsverzeichnis war.
• environ Die komplette Umgebung des Prozesses (Variablen, Funktionen usw.) sofern er eine Umgebung hat.
• exe Ein symbolischer Link auf das aufgerufene Programm, dass den Prozess ausmacht.
• root Ein symbolischer Link auf das Verzeichnis, das für den Prozess das Wurzelverzeichnis darstellt.

Daneben finden sich weitere Informationen zu den verwendeten Ressourcen (Speicher, Libraries) und ein Unterverzeichnis fd, das die File-Descriptoren aller vom Prozess verwendeten Dateien enthält.

Diese Information wird beispielsweise von den Programmen verwertet, die Prozess-Informationen ausgeben.” (aus Referenz)

Das /proc Verzeichnis steht nur unter Linux zu Verfügung. Daher müssen Programme, die auf /proc zugreifen auch auf einem Linux System erstellt und getestet werden.

Externe Crate nutzen

Um nicht selbst im Programm auf die nötigen Dateien per File E/A im ´/proc´ zugreifen zu müssen, wird zum Auslesen eine externe Crate benutzt. Die Crate procinfo stellt dazu die nötigen Funktionen zu Verfügung. Die Funktionen liefern in einem Result eine Datenstruktur, aus der wir die benötigten Informationen komfortabel auslesen können. Verwenden Sie in Ihrem Programm soweit wie möglich die Funktionen des externen Crates procinfo, auch wenn in der Standard-Bibliothek ebenfalls Funktionen für einzelne Aufgaben zu Verfügung stehen.

Optionalen Parameter parsen

Der Optionale Parameter PID (u32) entscheidet darüber, ob Ihr Programm die Funktionen des Moduls readproc.rs oder pstree.rs verwendet. Wird kein Parameter angegeben, so werden die Funktionen des Moduls readproc.rs benutzt.

Aufgaben

Externe Crate in Dependencies eintragen

• Benutzen Sie für die folgenden Aufgaben das procinfo Crate.
• Fügen Sie dazu den notwendigen Eintrag unter [dependencies] in Cargo.toml hinzu.
• Um auf die nötige Funktionen des Crate zugreifen zu können schreiben Sie NUR in main.rs bitte folgenden Zeilen an den Beginn der Datei:

 extern crate procinfo;

Benutzen Sie in Ihren Modulen readproc.rs und pstree.rs die use Anweisung geeignet, um auf die nötigen Funktionen des Crate procinfo in den Modulen zugreifen zu können.

In der Crate procinfo wird als Return ein Result Typ mit nur dem OK Typ benutzt. Der Err Typ ist scheinbar nicht im Result enthalten. Wenn man allerdings die Info der Standardbibliothek zu io::Result liest, erfährt man, dass es sich hier um einen Alias handelt, der komfortableres Arbeiten mit Errors erlaubt. Dazu kommen wir aber erst in späteren Kapiteln, wenn wir uns dem ? Makro nähern. Daher bitte hier in der Aufgabe noch keine Makros wie try und ? benutzen.

readproc.rs: Eigene Prozessinformationen auslesen

Ziel dieser Teilaufgabe ist es das Crate procinfo kennen zu lernen und sich noch ein wenig mit dem Return Typ ‘Result’ und der Fehlerbehandlung zu üben.

Die folgenden Funktionen werden im Modul readproc.rs implementiert. Alle Funktionen reichen mögliche Fehler über einen Result zurück zur aufrufenden Funktion. Keine der Funktionen darf im Fehlerfall einen Programmabbruch erzwingen.

1. Schreiben Sie die Funktion fn self_pids() -> Result<(i32, i32), &'static str>, die die eigene PID und die PPID in einem Tupel (PID,PPID) Im Erfolgsfall zurückgibt.

Hinweis: Überlegen Sie sich, ob stat() und der stat_self() die geeignetere Funktion im procinfo Crate für diesen Fall ist.

1. Schreiben Sie die Funktion fn get_pid_command(pid: i32) -> Result<String, &'static str>, die den Command Namen zu einer PID zurück liefert. Wird die PID nicht gefunden im System, so soll die Funktion den String “PID not alive: no command name found” zurück geben.

2. Schreiben Sie die Funktion fn get_last_created_command() -> Result<String, &'static str>, die den Command Namen des zuletzt erzeugten Prozesses im System zurück gibt. Wird die PID nicht gefunden im System, so soll die Funktion den String “No last command via PID found” zurück geben.

Tip: loadavg() Funktion.

1. Schreiben Sie die Funktion fn get_thread_count(pid: i32) -> Result<u32, &'static str>, die die Anzahl der Threads pro PID zurückliefert. Wird die PID nicht gefunden im System, so soll die Funktion den String “PID not alive: no threads counted” zurück geben.

2. Benutzen Sie nun Ihre Funktionen geeignet, um in Ihrer `main() Funktion folgende Ausgaben zu produzieren:

    My PID : 31894 - process1 running 4 threads
    My PPID: 27952 - process2 running 2 threads
    Last process created in system was: process3

Hinweis: Die Nummer und Command Namen sind bei Ihnen verschieden. Wenn Sie Probleme beim Aufruf Ihres Programms über cargo run haben lesen Sie unbedingt die nächste Frage!

1. Sie können Ihr Programm über:

   • cargo run oder
   • ./target/debug/task1 starten.

Überlegen Sie sich, wie es zu den unterschiedlichen Ausgaben und Programmverhalten kommt.

1. Schreiben Sie die Funktion fn get_task_total() -> Result<u32, &'static str>, die die Gesamtmenge aller Tasks im System zurück liefert. Wird die Gesamtmenge nicht gefunden, so soll die Funktion den String “No total count of tasks in system found” zurück geben.

Warum z.B. zeigt Ihnen das Programm htop eine andere Anzahl von Prozessen als Ihre ausgelesene Funktion?

1. Schreiben Sie die Funktion fn get_ownprocess_mem() -> Result<(usize,usize,usize), &'static str>, die in einem Tuple die Werte für:

   • vsize
   • code und
   • data

zurück liefert.

1. Im Modul main.rs produzieren Sie die Ausgabe für die Kommandozeile und kümmern sich um evtl. Fehler. Bei korrektem Programmablauf ergibt sich folgende Ausgabe (genau 5 Zeilen!):

   My PID : 31894 - process1 running 4 threads
   My PPID: 27952 - process2 running 2 threads
   My mem : 3560 (vspace), 208 (code), 588 (data)
   Last process created in system was: process3
   Total number of tasks: 145

pstree.rs: Prozesskette ausgeben

1. Auf Basis des Crate procinfo sollen Sie bei Aufruf des Programms mit einer PID, ausgehend von dieser PID der Tree bis zum aktuellen Programm ausgegeben werden. Wird somit als Argument eine 1 angegeben, wird eine Funktionalität des Kommandozeilen Programms pstree nachgebildet. Wenn Sie sich z.B. mit dem Kommando ps die PID Ihrer aktuellen Shell anzeigen lassen, können Sie sich durch Aufruf von pstree -p -s PID die Kette aller Elternprozesse dieser PID anzeigen lassen.

   systemd(1)---sshd(1264)---sshd(7161)---sshd(7198)---zsh(7199)---pstree(47200)

Genau diese Ausgabe soll nun ihr Programm erzeugen bei der Option ‘1’. Geben Sie im obigen Beispiel die PID 7161 als Parameter an, so wird nur der Teil-Tree ausgegeben, startend vom Prozess mit PID 7161.

   sshd(7161)---sshd(7198)---zsh(7199)---pstree(47200)

Ausgehend von der eigenen pid sollen alle Elternpid bis zum übergebenen PID (z.B. 1 für init Prozess, hier systemd) angezeigt werden. Der Init Prozess (hier systemd) hat immer die PID 1 in UNIX Systemen.

1. Nutzen Sie zum parsen der PID im Argument die parse() Funktion. Behandeln Sie folgende Fehler:

   • Parameter ist keine Zahl
   • Parameter ist keine Elternpid
   • Mehr als 2 Parameter werden bei Aufruf mit angegeben.

Geben Sie im Fehlerfall eine entsprechende Meldung in einer(1!) Zeile aus und beenden Sie das Programm mit dem Exitcode 1. Eine möglich Ausgabe:

   $ ./task1 2 3
   Correct usage: no param or param PID

Wichtig: Im Fehlerfall beenden Sie das Programm kontrolliert mit exit(1). Den Fehlercode ‘1’ überprüfen die Tests in tests/output.bats!

1. Erstellen Sie eine eigene Datenstruktur und Methoden um die Aufgabe zu lösen. Verwenden Sie nur die externe Crate procinfo dazu. Die Ausgabe beim Aufruf Ihres Programms muss dieses Format haben:

   systemd(1)---sshd(1264)---sshd(7161)---sshd(7198)---zsh(7199)---cargo(47150)---task2(47151)
   

   Je nachdem wie Sie Ihr Programm aufrufen wird es natürlich andere Ausgaben produzieren. Durch das Kommandozeilen-Tool pstree können Sie Ihre Ausgabe kontrollieren!

2. Schreiben Sie eine eigene unit Test Datei unit_test_pstree.rs, die Ihre Funktionen im Modul pstree.rs geeignet testet und beim Aufruf von cargo test die Tests ausführt.

3. Schreiben Sie ausreichend Kommentare, um Ihre Implementierung in pstree.rs über die per cargo doc erstellten Dokumentation nachvollziehen zu können.

Kontrolle Ihres Repositories

Haben Sie die Aufgaben komplett bearbeitet, so sollten sich folgende Dateien in Ihrem HW (Homework) Verzeichnis befinden:

.
├── Cargo.lock
├── Cargo.toml
├── README.md
├── src
│   ├── main.rs
│   ├── pstree.rs
│   ├── readproc.rs
│   ├── unit_test_pstree.rs
│   └── unit_test_readproc.rs
└── tests
    └── output.bats

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