ジョブ制御 (Unix)

UnixおよびUnix 系 オペレーティング システムでは、ジョブ制御とは、シェルによるジョブの制御 (特に対話型) を指します。ここで、「ジョブ」はプロセス グループを表すシェルの表現です。基本的なジョブ制御機能は、ジョブ/プロセス グループ内のすべてのプロセスの一時停止、再開、または終了です。ジョブに信号を送信することで、より高度な機能を実行できます。ジョブ制御は、マルチプロセス処理のため Unix で特に重要であり、順次実行 (バッチ処理)に頻繁に適用される一般的なジョブ制御とは区別する必要があります。

UnixまたはUnix ライクなオペレーティング システムを端末(または端末エミュレータ) 経由で使用する場合、最初は対話型シェル(ログインシェルの場合もそうでない場合もあります) という 1 つのプロセスのみが実行されます。ほとんどのタスク^[a] (ディレクトリの一覧表示、ファイルの編集など) は、プログラムに端末の制御を任せ、プログラム終了時にシェルに制御を戻すことで簡単に実行できます。正式には、端末から読み取りまたは書き込みを行うシェルに標準入力と標準出力Controlを接続し、 +を押したときの終了信号など、キーボードから送信される信号をキャッチしますC。

ただし、ユーザーが別の目的で端末を使用しているときにタスクを実行したい場合があります。実行中だが端末からの入力を受け取っていないタスクは「バックグラウンド」で実行されているとされ、端末からの入力を受け取っている単一のタスクは「フォアグラウンド」で実行されているとされます。ジョブ制御は、ユーザーがバックグラウンドでプロセスを開始したり、すでに実行中のプロセスをバックグラウンドに送ったり、バックグラウンド プロセスをフォアグラウンドにしたり、プロセスを一時停止または終了したりできるようにすることで、これを可能にするために開発された機能です。

ジョブの概念は、単一のシェル コマンドという (シェルの) 概念を、コマンドが伴う可能性のある多数のプロセスという (オペレーティング システムの) 概念にマッピングします。マルチプロセス タスクは、プロセスが追加の子プロセスを作成する場合があり、単一のシェル コマンドが複数の通信プロセスのパイプラインで構成される場合があるために発生します。たとえば、テキスト「title」を含む行を選択し、これらをアルファベット順に並べ替え、結果をページャに表示するコマンドなどです。

grep タイトル somefile.txt |並べ替え|少なく
    

これにより、少なくとも 3 つのプロセスが作成されます。1 つはgrep用、1 つはsort用、もう 1 つはless用です。ジョブ制御により、シェルはこれらの関連プロセスを 1 つのエンティティとして制御できます。ユーザーが適切なキーの組み合わせ (通常は+ ) を発行すると、プロセス グループ全体が一時停止されます。 ControlZ

ジョブはオペレーティングシステムによって単一のプロセスグループとして管理され、ジョブはそのようなグループのシェルの内部表現である。これはPOSIXで次のように定義されている: ^[1]

シェル パイプラインとそこから派生したプロセスで構成される、すべて同じプロセス グループに属するプロセスのセット。

ジョブは、ジョブ制御ジョブIDと呼ばれるハンドル^[b]または単にジョブ ID は、シェル組み込み関数ジョブを参照するために使用されます%文字で始まります。 は%nジョブn、 は%%現在のジョブを識別します。その他のジョブ ID はPOSIX。^[2]非公式な用法では、番号は「ジョブ番号」または「ジョブ ID」と呼ばれることがあり、Bash のドキュメントでは (% で始まる) ジョブ ID をジョブ仕様と呼んでいます。^[3]

ジョブ制御とジョブ ID は通常、プロセス グループの参照を簡素化する対話型の使用でのみ使用されます。スクリプトでは、より正確で堅牢な PGID が代わりに使用されます。実際、bash スクリプトではジョブ制御はデフォルトで無効になっています。

ジョブ制御は、4.1 BSDカーネルの機能を利用して、Jim Kulp ^{[4]によって最初に}Cシェルに実装されました。ベル研究所で開発されたKornShellはこれを採用し、後にBourneシェルのSVR4バージョンに組み込まれ、現代のほとんどのUnixシェルに存在しています。

POSIX標準では、バックグラウンドとフォアグラウンドで中断されたジョブを再開するための2つのコマンド（それぞれbgとfg ）が指定されています。これらはKornシェルのジョブ制御コマンドをモデルにしています。^[5]

通常、シェルはジョブ テーブルにジョブのリストを保持します。ジョブはプロセス グループに対応しており、プロセス グループはすべてパイプラインのメンバーとその子孫から構成されていることを思い出してください。jobsコマンドは、ジョブ テーブルに存在するバックグラウンド ジョブを、そのジョブ番号とジョブ状態 (停止または実行中) とともにリストします。ユーザーがログアウトしてセッションが終了すると(シェルを終了し、セッション リーダープロセスが終了すると)、シェル プロセスはすべてのジョブにSIGHUP を送信し、プロセス グループが終了するまで待機してから自身を終了します。

このdisownコマンドを使用すると、ジョブ テーブルからジョブを削除できます。これにより、セッションが終了したときに、子プロセス グループに SIGHUP が送信されず、シェルがそれらの終了を待機することもありません。このようにして、それらは孤立プロセスとなり、オペレーティング システムによって終了される可能性がありますが、より一般的には、プロセスがinitによって採用され (カーネルが親プロセスを init に設定)、デーモンとして実行を継続するために使用されます。ジョブが終了しないようにする代替手段としては、nohupや端末マルチプレクサの使用などがあります。

フォアグラウンドで実行中のジョブは、サスペンド文字 ( Ctrl-Z ) を入力することで停止できます。これにより、プロセス グループに「端末停止」 シグナル( SIGTSTP ) が送信されます。デフォルトでは、 SIGTSTP により、それを受信したプロセスが停止し、制御がシェルに返されます。ただし、プロセスは SIGTSTP のシグナル ハンドラを登録したり、無視したりできます。プロセスは、「停止」シグナル ( SIGSTOP ) で一時停止することもできますが、このシグナルはキャッチしたり無視したりすることはできません。

フォアグラウンドで実行中のジョブは、割り込み文字 ( Ctrl-C ) を入力することで中断できます。これにより、「割り込み」信号 ( SIGINT ) が送信され、デフォルトではプロセスが終了しますが、上書きすることもできます。

bg 停止したジョブは、組み込みの を使ってバックグラウンド ジョブとして再開するか、 を使ってフォアグラウンド ジョブとして再開できますfg。どちらの場合も、シェルはI/O を適切にリダイレクトし、プロセスにSIGCONTシグナルを送信します。これにより、オペレーティング システムは実行を再開します。Bash では、コマンド ラインにアンパサンド ( &) を追加することで、プログラムをバックグラウンド ジョブとして開始できます。その出力は端末に送られます (他のプログラムの出力と重なる可能性もあります) が、端末入力から読み取ることはできません。

制御端末からの読み取りまたは制御端末への書き込みを試みるバックグラウンド プロセスには、SIGTTIN (入力用) またはSIGTTOU (出力用) 信号が送信されます。これらの信号はデフォルトでプロセスを停止しますが、他の方法で処理される場合もあります。シェルは多くの場合、SIGTTOU のデフォルトの停止アクションをオーバーライドして、バックグラウンド プロセスがデフォルトで出力を制御端末に配信するようにします。

Bash 互換シェルでは、kill組み込み ( /bin/kill) はジョブ ID とプロセス グループ ID でジョブにシグナルを送信できます。ジョブにシグナルを送信すると、そのシグナルはプロセス グループ全体に送信され、ジョブ ID で指定されたジョブは をプレフィックスとして付けることで強制終了されます%。killはジョブに任意のシグナルを送信できますが、システムからプロセスを削除することが目的の場合は、シグナルSIGKILLとSIGTERM (デフォルト) が最も適していると考えられます。

• Cシェル

• Marshall Kirk McKusickおよび George V. Neville-Neil (2004-08-02)。「FreeBSD プロセス管理: プロセス グループとセッション」。FreeBSD オペレーティング システムの設計と実装。Addison Wesley。ISBN 0-201-70245-2。

• 「ジョブ制御」、Bash リファレンス マニュアル