Разработка приложений в среде Linux. Второе издание - Майкл Джонсон

10.2 Атрибуты процессов

10.2.1. Идентификатор процесса и происхождение

Два из наиболее фундаментальных атрибутов — это идентификатор процесса (process ID), или pid, а также идентификатор его родительского процесса. Идентификатор pid — это положительное целое число, которое уникально идентифицирует работающий процесс и сохраняется в переменной типа pid_t. Когда создается новый процесс, исходный процесс, известный как родитель нового процесса, будет уведомляться, когда этот дочерний процесс будет завершен.

Когда процесс "умирает", его код возврата сохраняется до тех пор, пока родительский процесс не запросит его. Состояние завершения сохраняется в таблице процессов ядра, что заставляет ядро сохранять единицу процесса активной до тех пор, пока оно не сможет безопасно отбросить это состояние завершения. Процессы, которые завершились, но сберегаются для предохранения их состояния завершения, называются зомби. Как только состояние завершения такого зомби получено, он удаляется из таблицы процессов системы.

Если родитель процесса завершается (делая дочерний процесс висячим), такой процесс становится дочерним для начального процесса (init). Начальный процесс — это первый процесс, который запускается при загрузке машины и которому присваивается значение pid, равное 1. Одной из основных задач начального процесса является сбор кодов завершения процессов, чьи родители исчезли, позволяя ядру удалять такие дочерние процессы из таблицы процессов системы. Процессы могут получать свой pid и pid родителя с помощью функций getpid() и getppid().

pid_t getpid(void) Возвращает pid текущего процесса. pid_t getppid(void) Возвращает pid родительского процесса.

10.2.2. Сертификаты

В Linux используются традиционные механизмы обеспечения безопасности Unix для пользователей и групп. Идентификаторы пользователя (uid) и группы (gid) — это целые числа[16], которые отображаются на символические имена пользователей и групп в файлах /etc/passwd и /etc/group, соответственно (более подробную информацию о базах данных пользователей и групп можно получить в главе 28). Однако ядро ничего не знает об именах — оно имеет дело только с целочисленными представлениями. Идентификатор uid, равный 0, зарезервирован за системным администратором, обычно имеющим имя root. Все обычные проверки безопасности отключаются для процессов, запущенных от имени root (то есть с uid, равным 0), что дает администратору полный контроль над системой.

В большинстве случаев процесс имеет единственный uid и единственный gid, ассоциированный с ним. Это идентификаторы, которые используются для большинства целей обеспечения безопасности (как, например, назначение прав владения вновь созданным файлам). Системные вызовы, которые могут модифицировать принадлежность процессов, обсуждаются далее в настоящей главе.

Со времен разработки Unix ограничение процессов принадлежностью к одной группе создало новые трудности. Пользователи, работающие со многими проектами, должны явно переключать свой gid, когда им нужен доступ к файлам, доступ к которым ограничен определенной группой пользователей.

Дополнительные группы были представлены в BSD 4.3 для решения этой проблемы. Хотя каждый процесс по-прежнему имеет собственный первичный gid (который используется, например, как gid для вновь создаваемых файлов), он также связан с набором дополнительных групп. Проверки безопасности, которые используются для обеспечения того, что процесс относится к определенной группе (и только этой группе), теперь позволяет обеспечить доступ и в случае, когда данная группа является одной из дополнительных групп, к которым процесс относится. Макрос sysconf() по имени _SC_NGROUPS_МАХ специфицирует, к скольким дополнительным группам может относиться процесс. (Подробно о sysconf() см. главу 6.) В Linux 2.4 и более ранних версиях _SC_NGROUPS_MAX был равен 32. В Linux 2.6 и последующих версиях _SC_NGROUPS_MAX равен 65536. Не используйте статические массивы для хранения дополнительных групп. Вместо этого выделяйте память динамически, принимая во внимания значение, возвращаемое sysconf(_SC_NGROUPS_MAX). Старый код может пользоваться макросом NGROUPS_MAX для определения количества поддерживаемых групп, установленных в системе. Этот макрос не обеспечивает корректную работу, когда код компилируется в одной среде, а используется в другой.

Установка списка групп для процесса осуществляется системным вызовом setgroups() и может быть выполнена процессом, имеющим полномочия root.

int setgroups(size_t num, const gid_t * list);

Параметр list указывает на массив из num идентификаторов групп gid. Дополнительная группа процесса устанавливается этим списком идентификаторов групп, переданным в массиве list.

Функция getgroups() позволяет получить список дополнительных групп, установленных для процесса.

int getgroups(size_t num, gid_t * list);

list должен указывать на массив элементов типа gid_t, который наполняется идентификаторами дополнительной группы процесса, a num определяет, сколько элементов может типа gid_t содержать list. В случае ошибки системный вызов getgroups() возвращает -1 (обычно это происходит, когда list недостаточно велик, чтобы вместить дополнительный список групп процесса), или же количество дополнительных групп. В особом случае, когда num равно 0, getgroups() просто возвращает количество дополнительных групп процесса.

Ниже показан пример использования getgroups().

gid_t *groupList;

int numGroups;

numGroups = getgroups(0, groupList);

if (numGroups) {

 groupList = alloca(numGroups * sizeof(gid_t));

 getgroups(numGroups, groupList);

}

Более сложный пример getgroups() приведен в главе 28.

Таким образом, процесс имеет uid, первичный gid и набор дополнительных групп, ассоциированных с ним. К счастью, это все, о чем нужно знать большинству программистов. Существуют два класса программ, которым необходимо очень гибкое управление идентификаторами пользователей и групп — это программы setuid/setgid и системные демоны.

Системные демоны — это программы, которые всегда запущены в системе и выполняют определенные действия в ответ на внешние воздействия. Например, большинство демонов World Wide Web (http) функционируют всегда, ожидая подключения к ним клиента, чтобы обрабатывать клиентские запросы. Другие демоны, такие как cron (которые запускаются периодически), пребывают в спящем состоянии до тех пор, пока не наступает время, когда они должны выполнить какие-то действия. Большинство демонов должны быть запущены с полномочиями root, но выполняют действия по запросу пользователя, который может попытаться нарушить системную безопасность с помощью демонов.

ftp — хороший пример демона, который нуждается в гибком управлении uid. Изначально он запускается с правами root и затем переключает свой uid на uid пользователя, который подключился к нему (большинство систем запускают дополнительный процесс для обработки каждого ftp-запроса, поэтому такой подход работает достаточно хорошо). Это оставляет работу по проверке доступа к файлам ядру, к которому он относится. Однако в некоторых случаях демон ftp должен открывать сетевое подключение таким способом, который разрешен только root, поскольку пользовательские процессы не могут выдать сами себе административные полномочия (по вполне ясной причине), но сохранение идентификатора uid пользователя root вместо переключения на пользовательский uid должен потребовать от демона ftp самостоятельной проверки всего доступа к файловой системе. Решение этой дилеммы применяется симметрично — к обоим uid и первичным gid, поэтому мы и говорим здесь об uid.

В действительности процесс имеет три uid: реальный, сохраненный и эффективный uid[17]. Эффективный uid используется для всех проверок безопасности и является единственным uid процесса, который обычно имеет какой-то эффект.

Сохраненный и действительный идентификаторы uid проверяются только тогда, когда процесс пытается изменить его эффективный uid. Любой процесс может изменять свой эффективный uid на сохраненный или действительный. Только процессы с эффективным uid, равным 0 (процессы, запущенные от имени root), могут изменять свой эффективный uid на произвольное значение.

Обычно эффективный, реальный и действительный uid процесса совпадают. Однако этот механизм решает дилемму демона ftp. Когда он запускается, все его идентификаторы устанавливаются в 0, что предоставляет ему полномочия root. Когда подключается пользователь, демон устанавливает свой эффективный uid равным uid пользователя, оставляя сохраненный и действительный uid равными 0. Когда демону ftp требуется выполнить действие, разрешенное только root, он устанавливает свой эффективный uid в 0, выполняет действие, а затем переустанавливает эффективный uid в значение uid подключенного пользователя.