linux第六章-进程管理

linux的入门篇

一，进程基本概述

1，描述

• 进程是已启动的可执行程序的运行中实例。
• cpu的工作机制是分时进行的，通过内核来进行调度，通过纳秒来计量工作时间的。

/proc目录下以数字为名的目录，每一个目录代表一个进程，保存着进程的属性信息，每一个进程的PID是唯一的，就算进程退出了，下一个进程也不会使用此PID。

2，进程的组成部分

• 已分配内存的地址空间
• 安全属性，包括所有权凭据和特权
• 程序代码的一个或多个执行线程
• 进程状态

3，进程环境

• 本地和全局变量
• 当前调度上下文
• 分配的系统资源，如文件描述符和网络端口

4，进程的产生

• /proc//pidfd：（fd-file describe；文件描述符）
• 父进程—子进程：

现有的父进程复制字节的地址空间（fork）来创建一个新的子进程结构
每一个新进程分配有唯一的进程ID（PID），满足跟踪和安全性之需，PID与父进程ID（PPID）是新进程环境的元素。

• 任何进程可创建子进程，所有的进程都是第一个系统进程的后代，第一个系统进程是systemd

通过fork进程，子进程继承安全性身份，过去的和当前的文件描述符、端口和资源特权、环境变量，以及程序代码。随后，子进程可能exec其自己的程序代码。
通常，父进程在子进程运行期间处于睡眠状态，设置一个在子进程完成时发出信号的请求（wait）。在退出时，子进程可能已经关闭或丢弃了其资源和环境，剩余的部分被称作僵停zmbie(僵尸)。父进程在子进程退出时收到信号而被唤醒，清理剩余结构，然后继续执行其自己的程序代码。

5，进程的分类

• 前台进程：与终端相关的进程，通过终端启动的进程：

也可把前台启动的进程送往后台处理，以守护模式运行，通过&将进程挂起。

• 守护进程：daemon，与终端无关的进程（如内核），在系统引导过程中启动的进程
• zombie（僵尸进程）通过重启系统毁灭僵尸进程

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二，进程状态

• Excuting ：运行状态
• ** Ready：就绪态，也可称作睡眠态**

a Uninterruptible sleep //不可终端的睡眠，不可随时唤醒，只有当IO资源加载成功后才能被唤醒。
b ，interruptible //可终端的睡眠，可随时唤醒。

• Zombie :僵尸进程，正常的运行结束了，但是不释放暂据的内存。

• Stopped：//停止状态，暂停于内存中，但不会被调度，除非手动启动之

• 进程睡眠的原因：

当一个执行中的进程，需要加载额外的IO资源的时候，由于IO设备的速度太慢，所以会转入睡眠状态等待，交出CPU给其他进程，以免浪费剩余执行时间
在多任务处理操作系统中，每个CPU（或CPU核心）在一个时间点上处理一个进程。在进程运行时，它对CPU时间和资源分配的直接要求会有变化。进程分配有一个状态，它随着环境要求而改变。

• Linux进程状态

标志	内核定义的状态名称和描述
R	TASK_RUNNING：进程正在CPU上执行，或者正在等待运行。处于运行中（或可运行）状态时，进程可能正在执行用户例程或内核例程（系统调用），或者已排队并就绪
S	TASK_INTERRUPTIBLE：进程处于睡眠状态且正在等待某一条件：硬件请求、系统资源访问或信号。当事件或信号满足该条件时，该进程将返回到运行中
D	TASK_UNINTERRUPTIBLE：此进程也在睡眠，但与S状态不同，不会响应传递的信号。仅在特定的条件下使用，其中进程中断可能会导致意外的设备状态
K	TASK_KILLABLE：进程处于睡眠状态，与不可中断的D状态相同，但有所修改，允许等待中的任务通过响应信号而被中断（彻底退出）。实用程序通常将可中断的进程显示为D状态
T	TASK_STOPPED：进程已被停止（暂停），通常是通过用户或其他进程发出的信号。进程可以通过另一信号返回到运行中状态，继续执行（恢复）
T	TASK_TRACED：正在被调试的进程也会临时停止，并且共享同一个T状态标志
z	EXIT_ZOMBIE：子进程在退出时向父进程发出信号。除进程身份（PID）之外的所有资源都已释放
X	EXIT_DEAD：当父进程清理（获取）剩余的子进程结构时，进程现在已彻底释放。此状态从不会在进程列出实用程序中看到
<	高优先级进程
N	低优先级进程
+	前台进程组中的进程
|	多线程进程
s	会话进程首进程

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三，进程优先级

1,linux进程调度与多任务。

• a，现代计算机系统中既包含每次只能执行一个指令的低端处理器，也包含高性能的超级计算机，这些超级计算机每台配备数百个CPU，可以并行执行数以百计的指令，但是所有这些系统往往具有一个共同点：它们需要运行的进程数量总是超出实际具有的核心数，

• b，通过时间分片技术，Linux（和其他操作系统）实际能够运行的进程数（和线程数）可以超出可用的实际处理单元数，操作系统进程之间进行快速切换，从而给用户一种有多个进程在同时运行的印象，

• c，执行此切换的linux内核部分称为进程调度程序。

2，进程优先级

• 进程优先级范围：0-139，数字越小，优先级越高。

0-99：实时优先级，内核调整
100-139：静态优先级，用户可控制

• 进程优先级高的特点

获得更多的CPU运行实际
更优先获得CPU运行的机会

• 要修改进程的优先级可以通过调整进程的nice值来实现，nice值越小，优先级越高；

nice值的范围是（-20，19），-20对应100，19对应139（优先级最大-20）

• 用户空间：3环
  保留：1环和2环是由cpu的厂商自行定义的。
  内环：shell内核使用的.
  

3，相对优先级：

• 由于不是每种进程都与其他进程同样重要，可告知调度程序为不同的进程使用不同的调度策略。常规系统上运行的大多数进程所使用的调度策略称为SCHED_OTHER(也称为SCHED_NORMAL)，但还有一些其他策略可用于不同的目的。

• 由于并非所有进程都以同样的方式创建，可为采用SCHED_NORMAL策略运行的进程指定相对优先级。此优先级称为进程的nice值。一个进程可以有40种不同级别的nice值。

• 这些nice级别的范围是从-20到19。默认情况下，进程将继承其父进程的nice级别，通常为0

• nice级别越高，表示优先级越低（该进程容易将其CPU使用量让给其他进程）

• nice级别越低，表示优先级越高（该进程更加不倾向于让出CPU）

• 如果不存在资源争用（例如当活动进程数少于可用CPU核心数时），即使nice级别高的进程也将仍使用它们可使用的所有可用CPU资源。但当请求CPU时间的进程数超过可用核心数时，nice级别较高的进程将比nice级别较低的进程收到更少的CPU时间

4 nice级别与权限

• 为很占CPU资源的进程设置较低的nice级别可能会对同一系统上运行的其他进程的性能造成负面影响，
  所以仅允许root用户设置负nice级别以及降低现有进程的nice级别。root可以随意调整，普通用户只能将优先级调低。

• 普通非特权用户仅允许设置正的nice级别。只能对现有进程提升nice级别，而不能降低nice级别。

5,进程优先级调整：调整nice值

• 调整已经启动的进程nice值：renice NI PID （如 renice 3 3704）
• 在启动时指定nice值：（-20，19） nice -n NI COMMAND

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四，进程管理命令

1,ps

• ps(process state)命令用于列出当前的进程。可以显示详细的进程信息，
• 包括以下内容

-用户识别符（UID），它确定进程的特权
-唯一进程识别符（PID）父进程ID（PPID）
-CPU和已经花费的实时时间
-进程在各种位置上分配的内存数量
-进程的位置STDOUT，称为控制终端
-当前的进程状态

• os支持的三种选项格式

a	UNIX（POSIX）选项，可以分组但必须以连字符开头；如ps -aux
b	BSD 选项，可以分组但不可与连字符同用
c	GNU 长选项，以双连字符开头

• ps(process state)，显示进程信息。注意事项：

  加了［］中括号的，表示内核线程，通常位于顶部
  exiting或defunct表示僵尸进程 zombie

• 常用选项

A	//显示所有与终端有关的进程
U	//显示进程是由哪个用户启动的
X	//显示所有与终端无关的进程
-e	//显示所有进程，与-A效果相同
-l	//以长格式显示
-F	//显示更详细的完整格式的进程信息
-f	//显示更详细的完整格式的进程信息
-H	//以进程层级格式显示进程相关信息
-o	//根据自己的需要选择要显示的字段

• //aux结果解析

VSZ //Virtual memory SiZe，虚拟内存集
RSS //ReSident Size，常驻内存集
STAT //进程状态
TIME //运行时的累积时长

• //ps命令结果解析

NI //nice值
PRI //优先级
PSR //进程运行在哪个CPU核心上
RTPTRIO //实时优先级
C //运行的CPU编号
STIME //进程的启动时间
VSZ //Virtual memory SiZe，虚拟内存集
RSS //ReSident Size，常驻内存集
STAT //进程状态
TIME //运行时的累积时长

2 pstree

• pstree:用于显示当前系统上的进程树
• 如

3，pgrep

• 以grep的风格指定只显示那些进程，在当前系统中找符合某些特性的进程，只显示进程号。
• 

4，pidof

• pidof 根据进程名称查找其PID号。
• 如

5，vmstat

• 虚拟内存状态查看命令：语法：vmstat [option] [delay{conunt}]

例如：
vmstat 2 //表示每2秒刷新一次
vmstat 2 5 //表示每2秒刷新一次，刷新5次后退出。
//常用的选项：
-s //显示内存的统计数据

• 1，procs：
  r（running） //表示等待运行的队列长度，也即等待运行的进程的个数
  b（block） //表示阻塞队列长度，也即处于不可中断睡眠态的进程个数

• 2，memory：存储使用记录

  swpd	//交换内存的使用总量（总空间）
  free	//空闲物理内存总量 （可用的空间）
  buffer	//用于buffer的内存总量（缓冲）
  cache	//用于cache的内存总量（缓存）

• 3，swap：交换空间，大小一般是真实内存的1到1.5倍。
  数值越大表明内存在不停的调用，反映出内存不足的问题。

  si（swap in）	//表示从物理内存有多少页面换进swap，也即数据进入swap的数据速率（kb/s）
  so（swap out）	//表示从swap有多少页面换进物理内存，也即数据离开swap的数据速率（kb/s）

  • 4，io：写入/输出（in/out）

bi（block in）	//表示磁盘块有多少个被调入内存中，也即从块设备读入数据到系统的速率（kb/s）
bo（block out）	//表示有多少个磁盘块从内存中被同步到硬盘上去了，也即保存数据至块设备的速率（kb/s）

• 5，system：

  in（ interrupts）	//表示中断的个数，也即中断速率（kb/s）
  cs（context switch）	//表示上下文切换的次数，也即进程切换速率（kb/s）

• 6，CPU：

us	//表示用户空间
sy	//表示内核空间
id	//表示空闲百分比
wa	//表示等待IO完成所占据的时间百分比
st	//表示steal，被虚拟化技术偷走的时间（比如运行虚拟机）

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五，控制作业

1，作业与会话

• 作业控制是shell的一种功能，它允许单个shell实例运行和管理多个命令。

• 作业与在shell提示符中输入的每个管道相关联。该管道中的所有进程均是作业的一部分，并且是同一个进程组的成员。（如果在shell提示符中仅输入了一条命令，则这条命令可视为命令的最小管道。该命令将是该作业的唯一成员）

• 一次只能有一个作业从特定终端窗口读取输入和键盘生成的信号。属于该作业的进程是该控制终端的前台进程。

• 该控制终端的后台进程是与该终端相关联的任何其他作业的成员。终端的后台进程无法从终端读取输入或接收键盘生成的中断，但可以写入终端。后台中的作业可能已停止（暂停），也可能正在运行。如果某个正在运行的后台作业尝试从终端读取内容，则该作业将自动暂停。

• 每个终端是其自身的会话，并且可以具有一个前台进程和多个独立的后台进程。一个作业只能属于一个会话，也就是属于其控制终端的会话。

2,作业分类：

• Linux分为前台作业和后台作业

前台作业：通过终端启动，且启动后一直占据了命令提示符
后台作业：可以通过终端启动，但启动后，释放命令提示符，后续的操作在后台完成========此类作业虽然被送往后台运行，但其依然与终端相关，当终端关闭时改后台也随之停止。

• 可以通过nohup command & 剥离与终端的关系。当终端停止运行时，作业依旧在后台进行。

3，后台作业

• &挂起作业，后台运行，不占用前台bash窗口。

[root@localhost ~]# sleep 1000 &
[1] 1819

• 1，//jobs命令用于显示当前所有的后台作业

[root@localhost ~]# jobs
[1]+ Running sleep 1000 &
//jobs命令的结果中
+ //命令将默认操作的作业
- //命令将第二个默认操作的作业

• 2,//fg命令用于将”后台作业调至前台运行“

[root@localhost ~]# fg
//当只有一个后台作业时，直接使用fg命令，不跟任何参数即可将后台作业调至前台运行，但是当有多个作业时则必须跟上%+作业号，也就是上面命令执行结果中以[]括起来的数字。
[root@localhost ~]# jobs
[1]- Running sleep 1000 &
[2]+ Running sleep 500 &
[root@localhost ~]# fg %1
//使用ctrl+z可将前台进程发送到后台，此时作业将处于停止状态
[root@localhost ~]# fg %1
sleep 1000
^z
[1]+ Stopped sleep 1000

• 3，//使用bg命令+作业号可使后台”已停止的作业重新运行“

[root@localhost ~]# bg %1
[1]+ sleep 1000 &
[root@localhost ~]# jobs
[1]- Running sleep 1000 &
[2]+ Running sleep 500 &

• 4，//kill加上作业号可以手动杀死（终止）指定作业。

[root@localhost ~]# jobs
[1]- Running sleep 1000 &
[2]+ Running sleep 500 &
[root@localhost ~]# kill %1
[1]- Terminated sleep 1000

• 5,//Nuhup:将进程挂在后台运行：跟随系统进程：
• 命令实例：Nuhup sleep 600 &
  

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六，进程间通信（IPC：inter Process Communication）

• 进程间通信方式：

同一主机：-共享内存；-信号：Signal
不同主机：-rpc：remote procecure call；-基于socket（套接字）实现进程间通信。
套接字socket：IP+port
在终端上可以通过netstat use查看运行的进程IP和端口。

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七，使用信号控制进程

• 信号是传递至进程的软件终端。信号向执行中的程序报告事件，生成信号的事件可以是错误或外部事件（如I/O请求或计时器过期，或者来自于明确请求（如使用信号发送命令），或者来自于明确请求（如使用信号发送命令））

• –event事件：下面列出系统管理员用于日常进程管理的基本信号。

• 通过短名称（HUP）或正确名称（SIGHUP）指代信号。
  指定一个信号的方法：
  -信号号码（数字标识）：kill -1
  -信号完整名称：kill -SIGKILL（信号）
  -信号简写名称：kill -TERM或kill -KILL或kill -INT或kill -HUP

• 基本进程管理信号

信号编号 ID	短名称	定义	用途
1	HUP	挂起	让一个进程不用重启就可以重读配置文件，并让新的配置信息生效
2	INT	键盘中断	中断一个前台进程。ctrl+c就是用的SIGINT信号
9	KILL	中断，无法拦截	导致立即终止程序。无法被拦截、忽略或处理
15 默认值	TERM	终止	导致程序终止。和SIGKILL不同，可以被拦截、忽略或处理。要求程序终止的友好方式，允许自我清理

用户可以中断自己的进程，但只有root才能终止由其他人拥有的进程。

• kill命令根据ID向进程发送信号。虽其名称为kill，但该命令可用于发送任何信号，而不仅仅是终止程序的信号
  //语法： kill [-SIGNAL] PID …
  //显示所有可用的信号（可使用man 7 signal查看帮助信息）
  
• //killall COMMAND：killall后面跟进程名，表示将匹配到的以进程名为名的进程全部杀死
  也可以使用kill 加进程ID
  

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八，监控进程活动

1，I/O负载

• 负载平均值代表一段时间内感知的系统负载，Linux通过预期服务等待时间来表示实施平均负载计算

• a，Linux不仅计算进程数，也作为独立的任务计算线程数。运行中线程和等待I/O资源的线程的CPU请求队列对应于R和D进程状态。等待I/O包括处于睡眠而等待预期磁盘和网络响应的任务。

• b，负载数属于全局计数器计算，是所有CPU的总和数。由于从睡眠返回的任务可能会重新调度到不同的CPU，难以精确的每CPU计数，但累计数的准确度可以保障。显示的平均负载代表所有的CPU。

• signal队列长度
  //查看cpu核心数
  [root@Eryuege ~]# grep ‘model name’ /proc/cpuinfo
  model name : Intel® Xeon® CPU E5-2650 v3 @ 2.30GHz
  [root@Eryuege ~]# grep ‘processor’ /proc/cpuinfo
  processor : 0

• 一些UNIX系统仅考虑CPU使用率或运行队列长度来指示系统负载。由于具有空闲CPU的系统可能会因为磁盘或网络资源忙而遇到很长时间的等待，因此Linux负载平均值中包含了对I/O的考量。遇到负载平均值很高但CPU活动很低时，请检查磁盘和网络活动。（CPU使用率很低，但是负载平均值高，可能是磁盘或网络的读写过慢）

• Linux中可以使用top、uptime显示负载平均值的情况。
  [root@Eryuege ~]# uptime
  09:14:12 up 4 days, 22:36, 4 users, load average: 0.00, 0.00, 0.09
  //此处的load average就表示负载平均值，这三个值代表最近1、5和15分钟的负载情况。

  • a，将显示的负载平均值除以系统中的逻辑CPU数。当值低于1表示资源利用率较好，等待时间很短。当值高于1表示资源饱和，而且有一定的服务等待时间。

  • b，空闲CPU队列的负载数为0。每个就绪和等待的线程使计数增加1。总队列数为1时，资源（CPU、磁盘或网络）正在使用中，但没有请求把时间花在等待上。增加的请求数会累积该计数，但由于许多请求可以在时限内处理，资源使用率会很高，而等待时间则不会。

  • c，因为磁盘或网络资源忙碌等待I/O而处于睡眠的进程包含在该计数内，而且使负载平均值增大。
    虽然不能表示CPU使用率，队列数依然表明用户和程序正在等待资源服务。

  • d，在资源饱和前，平均负载将保持在1以下，因为几乎不会在队列中发现等待的任务。只有资源饱和导致请求留在排队状态并且被负载计算例程计数时，负载平均才会增大。当资源使用率接近100%时，每个增加的请求将开始遭遇服务等待时间。

2，实时监控-TOP

• top用于实现全屏动态显示系统信息（默认按照CPU的使用率排序）

• //常用选项
  -d //设置延迟时长，top -d 1 表示每一秒刷新一次，默认每隔5秒刷新
  -b //批模式翻屏显示，默认只实时显示一屏，若要显示后面的进程信息则可使用-b选项，与-n #号合用
  

• load average：1分钟，5分钟，15分钟
  load average //CPU队列中等待运行的任务的个数

• cpu(s)：多颗CPU平均负载，按1键显示每颗CPU平均负载。

sy	//表示内核空间；
us	//表示用户空间；
Ni	//表示调整nice值，CPU占用的比率；
id	//表示空闲百分比；
wa	//表示等待IO完成所占据的时间百分比；
hi	//表示hard interrupt，硬件中断占据的时间百分比；
si	//表示软中断占据的时间百分比;
st	//表示steal，被虚拟化技术偷走的时间（比如运行虚拟机）

• PR // 优先级

• NI // nice值

• VIRT // 虚拟内存集

• RES // 常驻内存集

• SHR // 共享内存大小

• S // 进程状态

• 进入top实时监控后的交互命令
  //top命令交互式子命令：

  M	//根据驻留内存大小进行排序，默认根据CPU百分比排序
  P	//根据CPU使用百分比进行排序
  T	//根据累计时间（占据CPU时长）进行排序
  l	//是否显示平均负载和启动时间
  t	//是否显示进程和CPU状态相关信息
  m	//是否显示内存相关信息
  c	//是否显示完整的命令行信息
  q	//退出top命令
  k	//终止某个进程
  1	//显示所有CPU的信息
  s	//修改刷新时间间隔