Linux 進程及作業管理

一 進程、線程、程序概念

1、進程(Process)

什么是進程，簡單的說，進程是程序的執行實例，即運行中的程序，同時也是程序的一個副本；程序是放置于磁盤的，而運行中的程序是位于內存中的。

2、線程(Thread)

一個進程至少包括一個線程，通常將該線程稱為主線程，所以線程是比進程更小的單位，是系統分配處理器時間資源的基本單元。一個進程要想同時在多顆CPU上運行，必須得分成互不影響的多個執行流，而后每組單獨在各自所分配的CPU上運行，這種分化后的執行流且有著比進程更小資源分配單位稱之為線程。線程之間可以共享內存空間，當一個文件需要被打開多次時，線程模型可以節省很大的內存空間，但是得避免因資源征用造成死鎖問題。并且線程在運行過程當中，如果某一個線程崩潰或是出現意外情況，會影響同個進程內其它線程，比單進程模型穩定性差。

3、程序(Program)

程序由指令和數據組成。

程序是為了達到特定的目的，可以被計算機運行并且由命令代碼組成的語句序列。

程序只是一個普通文件，是一個機器代碼指令和數據的集合，這些指令和數據存儲在磁盤上的一個可執行映象（Executable Image）中，所以，程序是一個靜態的實體。

二 進程相關知識

1.虛擬地址空間

在內存中，每個程序的運行都是孤立的，每個程序只知道當前內存空間只運行了自己和內核，而看不到其它的進程。

2.內核模式與用戶模式

以32bit系統為例，Linux的虛擬地址空間為0～4G。Linux內核將這4G字節的空間分為兩部分。將最高的1G字節（從虛擬地址0xC0000000到0xFFFFFFFF），供內核使用，稱為“內核空間”。而將較低的3G字節（從虛擬地址0x00000000到0xBFFFFFFF)，供各個進程使用，稱為“用戶空間)。Linux使用兩級保護機制：0級供內核使用，3級供用戶程序使用。

3.進程的狀態：

        運行態：runnnig

        睡眠態：sleeping

        可中斷睡眠：interruptable，隨時來請求，隨時能喚醒，比如處理完當前請求后暫時還沒有更多請求下，這種sleep就是可                                    中斷 

        不可中斷睡眠：uninterruptable，等待外部條件滿足之前無法繼續運行。       

        停止態：stopped，不會再被內核調度并運行。

        僵死態：zombie，父進程先于子進程結束了，子進程再也不能被停掉的進程。

4.進程的優先級

        CPU挑選進程是根據進程的優先級進行的，進程優先級的取值范圍為0-139。

        實時優先級：0-99，數字越大，優先級越高；（內核控制）

        靜態優先級：100-139，數字越小，優先級越高。（用戶可控制的優先級）

        用戶可以通過調整nice值來改變進程的優先級。

        nice值：-20-19 調整靜態優先級

        進程啟動時，默認nice值為0，優先級對應為120。

        動態優先級：由內核維護，動態調整。

        Linux使用搶占式多任務：當時鐘信號到達時，高優先級進程可以搶占CPU。

5.進程間通信方式(IPC: Inter Process Communication)

同一主機：

            singnal：信號。

            shm：共享內存。

            semerphor：旗語。

不同主機：

            rpc：remote procedure calling，遠程過程調用。

            socket：IP:port，套接字。

6.進程的分類：

       CPU-Bound（CPU密集型）：對于CPU占用率高的進程。

       I/O-Bound（I/O密集型）：等待I/O時間長的進程

7.子進程

        進程運行是單線運行的，進程中的指令必須順序執行。             

        子進程：父進程有無法完成的任務時，啟用子進程來執行，此時父進程進入睡眠，子進程執行完成后，返回父進程繼續執行。

        進程創建機制：每一個進程都是由其父進程fork()自身而來。

8.線程

        線程是比進程更小的可以被單獨調度的單位。

        線程將進程的任務指令拆分，分配到不同的CPU上同時運行。

        不過Linux中的進程都是輕量級進程，已經相當于線程的級別了。

三 進程管理相關命令

1.pstree    # 顯示進程樹

  pstree -p

2.ps：process state，查看當前進程狀態

  備注：實際上是查看/proc/ *目錄下內核中的狀態信息

    SYNOPSIS

           ps [options]

            

        a：顯示所有與終端有關的進程

        x：顯示所有與終端無關的進程

        u：顯示運行進程的用戶

        -e：顯示所有進程

        -f：顯示完整格式的進程信息

        o  field1, field2,…：自定義要顯示的字段列表，以逗號分隔

常用組合：aux、ef、axo

 ps -aux

   USER：運行該進程的用戶

   PID：進程的ID號碼

   %CPU：CPU的占用百分比

   %MEM：內存空間占用比率，占用整個內存空間的比例

   VSZ：虛擬內存集；占用的虛擬內存大小，真正用來占用的內存

        每個內存占用的內存有兩種：線性內存空間、物理內存空間

        線性內存：會映射到物理內存，在線性內存空間角度看是連續的內存占用

        物理內存：實際上是以內存頁框保存，可能一個進程占用的不連續的頁框

   RSS：ResidentSize，常駐內存集，當前進程常駐內存的大小，即不能被交換出去的空間大小

   TTY：運行終端

   STAT：當前進程的運行狀態，BSD樣式

    R：running，運行態

    S：interruptable sleeping，可中斷睡眠

    D：uninterruptable sleeping，不可中斷睡眠

    T：Stopped，停止狀態

    Z：zombie，僵死狀態，進程結束后，在被回收之前狀態

    +：表示一個前臺進程，占據命令提示符

    l：多線程進程

    N：低優先級進程

    <：高優先級進程

    s：session leader ，回話主導進程，如shell，其主導其下的進程

   START：進程開始時間

   TIME：累計運行CPU時間

   COMMAND：使用進程、線程

ps -ef

   UID：啟動進程用戶

   PID：運行進程號

   PPID：父進程的進程號，0在內核啟動init之前存在，init啟動后終止，存在過渡，一般為swap的進程

   C：cpu utilization，CPU的占用百分比

   STIME：啟動時間

   TTY：與其終端相關

   TIME：累計運行CPU時間

   CMD：啟動此進程的命令

ps axo  顯示自定義字段列表

 o field1, field2,…：自定義要顯示的字段列表，以逗號分隔，o要寫在后面，因為要帶參數

    常用的field：pid,ni, pri, psr, pcpu, stat, comm, tty, ppid, rtprio

    ni：nice值；

    priority：priority,優先級；

    rtprio：realtime priority，實時優先級；

3.pgrep,pkill：基于進程名字或者其他屬性對相關進程發起查詢、發送信號

  SYNOPSIS

         pgrep [options]  [pattern]

        

        -o：僅顯示找到的最?。ㄆ鹗迹┻M程號

        -n：僅顯示找到的最大（結束）進程號

        -l：顯示進程名稱

        -P：指定父進程號

        -g：指定進程組

        -t：指定開啟進程的終端

        -u：指定進程的有效用戶ID

   

4.pidof：根據進程名獲取取其pid；

    SYNOPSIS

           pidof [-s] [-c] [-x] [-o omitpid] [-o omitpid..]  program [program..]

            

        -s：僅顯示一個

5.top：- display Linuxprocesses，動態顯示進程信息

   SYNOPSIS

        top  [OPTION]

   (1)選項：

       -d #：指定刷新時間間隔，默認為3秒；

         -b：以批次方式顯示；

       -n #：顯示多少批次；

   (2)在top顯示過程中通過交互式命令指定排序(默認CPU)：

           P：以占據CPU百分比排序；

           M：以占據內存百分比排序；

           T：累積占用CPU時間排序；

   (3)首部信息關閉

          uptime信息：l命令

          tasks及cpu信息：t命令

          內存信息：m命令

   (4)退出命令：q

   (5)修改刷新時間間隔：s

   (6)終止指定的進程：k

 top

  這一行的內容表示：

                23:11:04：當前系統時間；

                up  1:00：服務器連續運行的時長為1小時；

                2 users：當前登錄系統的用戶數；

                load average：過去1分鐘、5分鐘、15分鐘的平均負載

1：數字，分別顯示各CPU的相關信息；

使用數字1可以查看不同的CPU的信息，下面說明各字段具體的含義：                     

                us：user space，用戶運行程序時間百分比；

                sy：system，用于運行內核所占用CPU的百分比；

                ni：nice，用戶進程空間內改變過優先級的進程占用CPU百分比；

                id：idle，空閑CPU百分比；

                wa：wait io，等待IO花費的時間；

                hi：hardware interrupt，硬中斷占用CPU的百分比；

                si：software interrupt，軟中斷占用CPU的百分比；

                st：stolen，偷走的時間百分比。

各字段含義如下：

                Mem：物理內存；

                Swap：交換分區； 

                buffers：緩沖區，用于減少進程之間的等待時間；

                cache：CPU與內存之間的高速緩存，用于減少CPU的等時間。 

 top -p 1727

6.uptime命令：顯示系統時間、運行時長及平均負載  

去1分鐘、5分鐘和15分鐘的平均負載；等待運行的進程隊列的長度；

7.htop命令

這個工具默認沒有安裝 需要第三方源才可以安裝

rpm -ivh http://dl.fedoraproject.org/pub/epel/6/x86_64/epel-release-6-8.noarch.rpm

yum install htop

(1)選項：

    -d#：指定延遲時間間隔；

    -uUserName：僅顯示指定用戶的進程；

    -sCOLUME：以指定字段進行排序；

(2)子命令：

    l：顯示選定的進程打開的文件列表；

    s：跟蹤選定的進程的系統調用；

    t：以層級關系顯示各進程狀態；

    a：將選定的進程綁定至某指定的CPU核心；

(3) 顯示敘述

左上方數據：表示每顆CPU、內存、交換內存的使用率

右上方數據：

    Tasks當前的任務數量，用戶空間進程

    thr：線程數量

    running：運行的數量

    Load average ：過去一分鐘、五分鐘、十五分鐘的平均負載

8.vmstat命令    # 顯示虛擬內存統計信息

 vmstat

procs：

    r：等待運行的進程的個數；CPU上等待運行的任務的隊列長度；

    b：處于不可中斷睡眠態的進程個數；被阻塞的任務隊列的長度；

memory：

    swpd：交換內存使用總量；

    free：空閑的物理內存總量；

    buffer：緩沖，與寫相關，加速寫操作；

    cache：緩存，與讀相關，加速讀操作。

swap

    si：數據進入swap中的數據速率（kb/s）

    so：數據離開swap的速率(kb/s)

io

    bi：從塊設備讀入數據到系統的速度（kb/s）

    bo：保存數據至塊設備的速率（kb/s）

system

    in：interrupts，中斷速率；

    cs：contextswitch, 上下文 切換的速率；

cpu

    us：user space

    sy：system

    id：idle

    wa：wait

    st:stolen

9.dstat命令    #系統資源統計工具

    SYNOPSIS

        dstat [-afv][options..] [delay [count]]

 常用選項：

        -c，–cpu：顯示cpu相關信息；

        -C #,#,…,total  顯示第幾顆CPU，total總共的

        -d,–disk：顯示磁盤的相關信息

        -D sda,sdb,…,tobal  指明具體的磁盤信息

        -g：顯示page相關的速率數據；

        -m：Memory的相關統計數據

        -n：Interface的相關統計數據；

        -p：顯示process的相關統計數據；

        -r：顯示io請求的相關的統計數據；

        -s：顯示swapped的相關統計數據；

        –tcp、–udp、–raw 、–socket 網絡連接相關

        –ipc 進程相關

        –top-cpu：顯示最占用CPU的進程；

        –top-io：最占用io的進程；

        –top-mem：最占用內存的進程；

        –top-lantency：延遲最大的進程；

 dstat

10.kill命令：      

kill  [-s signal|-SIGNAL]  pid…     向進程發信號

kill -l [signal]：顯示當前系統可用信號：

     

常用信號：

1) SIGHUP: 無須關閉進程而讓其重讀配置文件；

2) SIGINT: 中止正在運行的進程；相當于Ctrl+c；

9) SIGKILL: 殺死正在運行的進程；

15) SIGTERM：終止正在運行的進程；

18) SIGCONT：繼續

19) SIGSTOP：停止，將進程送后臺，停止狀態

指定信號的方法：

(1) 信號的數字標識；1, 2, 9

(2) 信號完整名稱；SIGHUP

(3) 信號的簡寫名稱；HUP

11.killall

 killall [-SIGNAL]  program  對所有與program相關的進程發信號

四 系統作業控制命令

1.系統作業job

      (1)job種類：

                前臺作業(foregroud)：通過終端啟動，且啟動后會一直占據終端；

                后臺作業(backgroud)：可以通過終端啟動，但啟動后即轉入后臺運行（釋放終端）；

      (2)讓作業運行于后臺

                1) 運行中的作業：Ctrl+z

                   送往后臺后，作業會轉為停止態；相當于發送kill -19 信號

                2) 尚未啟動的作業：  # COMMAND &

                   此類作業雖然被送往后臺，但其依然與終端相關；如果希望把送往后臺的作業剝離與終端的關系：

                   # nohup COMMAND &

      (3)查看所有的作業：#jobs命令

         +/- 表示優先級；當調用時不加作業號會默認調用+的命令

       (4)可實現作業控制的常用命令：

          #fg  [[%]JOB_NUM]：把指定的作業調回前臺；

          #bg  [[%]JOB_NUM]：讓送往后臺的作業在后臺繼續運行；

          #kill  %JOB_NUM：終止指定的作業；

2.調整進程優先級： 

可通過nice值調整的優先級范圍：100-139；分別對應于：-20, 19。進程啟動時，其nice值默認為0，其優先級是120；

    注意：僅管理員可調低nice值；

(1)nice命令：

    以指定的nice值啟動并運行命令：# nice  [OPTION] [COMMAND [ARGU]…]

     選項：-nNICE

            nice -n -5 echo "hello world"

(2)renice命令：

    #renice  [-n]  NICE PID…

    renice -10 1589

(3)查看Nice值和優先級：ps  axo pid, ni, priority, comm 

    ps axo pid,ni,command | grep "bash"