進程管理

一、進程概述

1、進程的概念

       用戶通過執行命令，將程序提起到內存中運行，運行中的程序即稱為進程。內核為了方便管理，根據內核發起者的權限、屬性等參數，為每個進程設置一個獨立的PID號，通過PID號來判斷進程的權限。

2、進程的分類：

       2.1根據進程與終端的關系劃分：

              守護進程：在系統引導過程中啟動的進程，與終端無關的進程

              交互式進程（用戶進程）：用戶通過終端啟動的進程

              在終端上運行的進程，可以被送往后臺，以守護進程的模式運行。

       2.2根據系統資源的占用比劃分：

              CPU密集型：CPU-Bound，在分配優先級時，因其會占用較多的CPU資源，應給其分配較低的優先級

              IO密集型：IO-Bound，在分配優先級時，應給其分配較高的優先級

3、進程的屬性：

       進程的ID（PID）：進程的唯一標識

       啟動進程的用戶ID和屬組ID：進程在運行時，為了完成任務需要訪問到某些文件。內核如何判斷進程是否具有訪問權限呢？有兩種情況：一、被發起為進程的程序不具有SGID權限，在此情況下，內核根據進程發起者的屬主和屬組對該文件是權限來判斷；二、程序具有SGID權限，內核根據程序文件的屬主和屬組對該文件的權限來判斷。

       父進程及父進程的ID（PPID）：

       進程狀態

       進程執行優先級

       進程所連接的終端名

       進程資源占用比：如CPU占用百分比、內存占用百分比

       2.1）進程的父子關系

              進程由其父進程創建。父進程出于完成復雜任務的需要，創建子進程。子進程也可以創建自己的子進程。

              在CentOS6系列中，系統在啟動之后，會加載運行內核代碼，在內核控制系統之后，由內核創建進程，內核創建的第一個進程為init進程，init進程創建完成，意味著內核空間創建完成，用戶空間也創建完成，之后由init進程接管系統，init進程為系統上所有進程的父進程。內核則退居幕后，只負責特權級操作。

         父進程如何創建子進程：父進程通過fork-and-exec流程來創建子進程。首先以fork的方式復制一個與父進程相同的暫存進程，之后暫存進程以exec的方式加載實際要執行的進程。

              例：創建一個ping.sh腳本，其功能為通過ping命令判斷192.168.1.200主機是否可達。腳本創建完成之后，運行腳本，之后腳本以子進程的形式運行ping命令。

 

   寫時復制機制（COW）：子進程指向的內存空間同父進程，一旦子進程需要修改父進程的數據，這時父進程會將數據復制到空閑的內存空間中，同時告知子進程在新內存空間中進程操作，這樣的機制就稱為寫時復制。

       2.2）進程的狀態

              運行態：正在運行的進程，running

              就緒態：可以被允許但沒被允許，用ready標識

              睡眠態：

                     可中斷睡眠：interruptable

                     不可中斷睡眠：進程發起I/O請求，內核在接到請求到完成請求響應之間，會將進程的狀態調整為不可中斷睡眠態，用uninterruptable標識

                            在什么情況下進程會被中斷：進程為了完成任務，發起I/O請求，但進程請求的數據在內存中沒有，此時進程會像內核提起請求，內核從磁盤中將該數據加載至內核的內存空間中，再將數據從內核內存空間復制至進程的內存空間。在這一過程中，進程處于中斷狀態。

              停止態：暫停于內存中，單不會被調度，除非手動啟動，用stopped標識

              僵死態：一般情況下，子進程生命周期結束后都由父進程進行銷毀。但當子進程的父進程被殺死之后，父進程未指定如何處理子進程，該子進程會進入僵死態，直至被init進程處理。用Zombie標識

              處于僵死態的進程會占用內存空間，若此類進程出現多個，則有可能造成內存空間不足。

       2.3）進程優先級

              進程優先級用于標識進程的運行次序。由內核負責調度

              進程優先級分類：

                     系統優先級：0-139

                            實時優先級：1-99。數值越大，優先級越高

                            靜態優先級：100-139。用戶可以調度，數值越小，越優級越高

                     優先級的Nice值：-20-19，與靜態優先級一一對應，數值越小，越優級越高

              可通過調整Nice值來改變進程的優先級。但普通用戶只能調低優先級，root則不受限。

4、進程隊列

       CPU時間片：將CPU時間分割成片，每個進程占用一個時間片，時間片耗完之后，切換至下一個進程。

       運行在CPU的進程根據運行狀態被分別保存至CPU中的運行隊列和過期隊列中。

       運行隊列有等待被運行的進程組成。

       進程運行之后，被劃分到過期隊列中。

       當運行隊列中的所有進程都被允許之后，運行隊列被清空，此時，運行隊列會被轉換為過期隊列，過期隊列則相應地轉換為運行隊列。

5、進程間通信： Inter Process Communication(IPC)

       5.1 linux進程間通信方式：

       1）管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有親緣關系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關系進程間的通信；

       2）信號（Signal）：信號是比較復雜的通信方式，用于通知接受進程有某種事件發生，除了用于進程間通信外，進程還可以發送信號給進程本身；linux除了支持Unix早期信號語義函數sigal外，還支持語義符合Posix.1標準的信號函數sigaction。

       3）報文（Message）隊列（消息隊列）：消息隊列是消息的鏈接表，包括Posix消息隊列system V消息隊列。有足夠權限的進程可以向隊列中添加消息，被賦予讀權限的進程則可以讀走隊列中的消息。消息隊列克服了信號承載信息量少，管道只能承載無格式字節流以及緩沖區大小受限等缺點。

       4）共享內存（ShareMemory）：使得多個進程可以訪問同一塊內存空間，是最快的可用IPC形式。是針對其他通信機制運行效率較低而設計的。往往與其它通信機制，如信號量結合使用，來達到進程間的同步及互斥。

       5）信號量（Semaphore）：主要作為進程間以及同一進程不同線程之間的同步手段。

       6）套接口（Socket）：更為一般的進程間通信機制，可用于不同機器之間的進程間通信。Linux和System V的變種都支持套接字。

       5.2不同主機進程間通信：

              基于Socket實現不同主機間進程通信。

Socket文件存source_ip,source_port,des_ip,des_port。進程P1通過open socket文件，請求發起同PC2的P2進程間通信，通信結束之后，close socket文件。

二、進程查找

1、ps [options] | Pattern：靈活的查找方式

例：查找root用戶發起的進程

例：查找http服務相關的進程

2、pgrep：按預定義的模式搜索進程

              pgrep [options] pattern

                     -u uid ：effective user

                     -U user：realuser

                     -t Terminal：與指定的終端相關的進程

                     -l ：顯示進程名

                     -a ：顯示完整格式的進程名

                     -P pid：顯示此進程的子進程

例：查找root用戶的進程并顯示進程名

3、pidof：查找正在運行的進程的id

三、進程觀察

1、pstree：以樹型圖查看當前系統進程

       pstree -p：顯示進程樹，同時顯示進程id號

2、ps命令：以快照的方式報告當前進程的狀態信息

              內核的狀態信息保存在/proc/目錄中，進程的信息也保存在/proc目錄下，并以pid號的方式保存為目錄

       2.1）ps命令的選項有三種風格：

              UNIX風格：-a，短選項

              BSD風格：a，不加-

              GNU風格：–all，長選項

       2.2）啟動進程的方式：

              系統啟動過程中自動啟動：與終端無關的進程

              用戶通過終端啟動：與終端相關的進程

       2.3)ps選項

              a：所有與終端相關的進程

              x：所有與終端無關的進程

              u：以用戶為中心組織進行狀態信息顯示

              2.3.1）常用組合之一：aux

例：

依次可以查看到

         進程的發起者（USER），進程id（PID），CPU占有率（%CPU），內存占用率（%MEM），虛擬內存集（VSZ），常駐內存集（RSS），在哪個終端啟動（TTY），進程狀態（STAT），進程開始時間（START），進程CPU占用時間（TIME），發起進程的命令（COMMAND）

              STAT：進程的狀態。進程狀態分類如下：

                                   R：running                             

                                   S：interruptable sleeping            

                                   D：uninterruptable sleeping       

                                   T：stopped                                    

                                   Z：Zombie                                    

                                   +：前臺進程

                                   l：多線程進程

                                   N：低優先級進程

                                   <：高優先級進程

                                   s：session leader

              2.3.2）常用組合之二：-ef

                     -e：顯示所有進程

                     -f：顯示完整格式的進程信息

依次可以看到進程發起者、進程id、進程的父進程id、CPU占用百分比、進程發起時間、進程發起終端、CPU占用時長、發起進程命令

              2.3.3）常用組合之三：-eFH

                     -F：顯示完整格式的進程信息

                                   C：（cpu utilization） cpu占用百分比

                                   PSR：運行于哪顆CPU之上

                     -H：以層級結構顯示進程的相關信息

              2.3.4）常用組合之四：

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

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

                                          ni：nice至-20—19

                                                   對應優先級的100-139

                                                   越小越優先

                                          pri：priority 優先級

                                          rtprio：real time priority實時優先級

                            -eo：

                            -axo：

例：自定義顯示進程的ID，進程的父進程ID，命令，Nice值，進程優先級，實時優先級，cpu占用率，進程狀態信息

3、uptime命令：

              顯示系統時間、允許時長、平均負載

              平均負載：過去1分鐘、過去5分鐘、過去15分鐘CPU等待運行的進程隊列的長度。

4、top命令：實時查看進程信息的變化

首部信息：

       第一行顯示的信息：依次

              *當前系統時間

              *開機到當前所經過的時間

              *已登陸系統的使用者人數

              *uptime命令的結果顯示，表示系統在1,5,15分鐘的平均工資負載，即CPU運行隊列里的進程個數

              通過l命令顯示或關閉

       第二行顯示的信息：顯示當前系統上運行的進程總數，以及每個狀態的進程個數。如果zombie數目不為0，則應當檢查下是哪個進程變成僵尸，及時進行清理，避免占用內存。

       第三行顯示的信息：顯示CPU的整體負載情況。依次分別顯示用戶空間進程占用的CPU百分比(%us)、系統空間進程占用的CPU空間百分比(%sy)、調整進程Nice值所耗的CPU時間(%ni)、空閑的CPU百分比(%id)、等待I/O的CPU百分比(%wa)、硬中斷所耗CPU(%hi)、軟中斷所耗CPU(%si)、被虛擬機偷走的時間(5ST)

              tasks及cpu信息：可以使用t命令顯示或關閉

       最后兩行顯示內存信息：

              m命令顯示或關閉

top下半部分，顯示每個進程占用的系統資源情況。

依次為

       PID：進程id

       USER：進程發起者

       PR：進程優先級

       NI：進程Nice值

       VIRT：進程占用的RSS和SWAP空間總和

       RES：進程使用的非交換分區的物理內存

       SHR：進程占用的共享內存空間大小

       S：Stat，即進程的狀態

       %CPU：進程CPU占用百分比

       %MEM：進程內存占用百分比

       TIME+：進程占用的CPU時間總和

       COMMAN：進程的命令

對顯示的信息進行排序：

       P：以占據的CPU百分比排序（默認）

       M：以占據的內存百分比排序

       T：以累計占用的cpu時間排序

退出命令：q

改變刷新時間間隔：s，默認為3秒

終止指定的進程：k

選項：

       d #：指定刷新時間間隔、運行時長及平均負載

       -b：以批次方式顯示

       -n #：顯示多少批次

如何將top的信息保存至文本中

例：將top的信息顯示2次，保存至文本中

top -b -n 2 > /tmp/top`date +%F-%T`.txt

 

5、htop命令：類似于top命令

       選項：

              -d #：指定延遲時間間隔

              -u UserName：僅顯示指定用戶的進程

              -s colume：以指定字段進行排序

       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             

       F1：查看幫助

       F2：設置htop

6、vmstat：

       vmstat [options] [delay] [count]

              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：用于buffer（緩沖）的內存總量

                     cache：用于cache（緩存）的內存總量

              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：interrupt，中斷速率

                     cs：context switch，上下文切換的速率

              cpu

                     us：user space

                     sy：system space

                     id：idle space

                     wa：wait time

                     st：stolen time

              選項：

                     -s  顯示內存統計數據

7、pmap命令：

       報告進程的內存映射表

       pmap [options] PID

              -x|–extended：顯示詳細信息

       另一種查看方式進程的內存映射表:cat /proc/PID/maps

8、glances命令：

需要通過epel源進行安裝，支持c/s模式進行遠程查看（可被監控系統代替）

       常用選項：

              -b：以Byte為單位顯示網上數據速率

              -d：關閉磁盤I/O模塊

              -m：關閉mount模塊

              -n：關閉network模塊

              -t #：指定刷新時間間隔

              -1：每個cpu的相關數據單獨顯示

              -o {HTML|CSV}：指定輸出格式

              -f /Path/to/someDIR：設定輸出文件的目錄（注意，不要指定文件名）

       C/S模式下運行glances命令：

              服務模式：

                     glances -s -B IPADDR(本機的某個IP地址，用于監聽服務)

              客戶端模式：

                     glances -c IPADDR（指定遠程服務器的地址）

9、dstat：使用前需要安裝，在base源中

       dstat是一個可以取代vmstat、iostat、netstat、ifstat的多功能程序，克服了這些命令的局限性，增加了監控項?？梢造`活地監控系統運行狀態并依此進程故障排除。

       dstat能實時地查看所有系統資源，例如通過統計IDE控制器當前狀態來比較磁盤利用率，或者直接通過網絡帶寬數值來比較磁盤的吞吐率。

9.1 dstat的默認輸出：

默認輸出顯示的信息：

CPU狀態：CPU的使用率。這項報告更有趣的部分是顯示了用戶，系統和空閑部分，這更好地分析了CPU當前的使用狀況。如果你看到"wait"一欄中，CPU的狀態是一個高使用率值，那說明系統存在一些其它問題。當CPU的狀態處在"waits"時，那是因為它正在等待I/O設備（例如內存，磁盤或者網絡）的響應而且還沒有收到。

磁盤統計：磁盤的讀寫操作，這一欄顯示磁盤的讀、寫總數。

網絡統計：網絡設備發送和接受的數據，這一欄顯示的網絡收、發數據總數。

分頁統計：系統的分頁活動。分頁指的是一種內存管理技術用于查找系統場景，一個較大的分頁表明系統正在使用大量的交換空間，或者說內存非常分散，大多數情況下你都希望看到page in（換入）和page out（換出）的值是0 0。

系統統計：這一項顯示的是中斷（int）和上下文切換（csw）。這項統計僅在有比較基線時才有意義。這一欄中較高的統計值通常表示大量的進程造成擁塞，需要對CPU進行關注。服務器一般情況下都會運行運行一些程序，所以這項總是顯示一些數值。

9.2 指定監控時長和監控次數：

例：指定監控時長為2秒，共監控5次

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

       常用選項：

       -c|–cpu：顯示cpu相關信息

              -C #，#，#…,total：顯示指定的哪顆cpu信息，或總的cpu信息

       -d|–disk：顯示磁盤的相關信息

              -D sda，sdb…,total：顯示指定的磁盤的相關信息，或總的磁盤信息

       -g：顯示page in/out速率數據

       -m：Memory相關的統計數據

       -n：Interface相關的統計數據

例：每隔2秒統計網絡信息，個統計5次

       -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：顯示常用的tcp統計數據

       –udp：顯示監聽的udp統計數據

       –raw

       –socket：顯示網絡統計數據

例：

       –ipc：message queue, semaphores, shared memory；查看報文隊列，信號量，關系內存信息。

   

根據資源占用比顯示進程

       –top-cpu：指出CPU占用最大的進程

       –top-io：指出正常I/O最大的進程

       –top-mem  ：顯示占用最多內存的進程

       –disk-util：顯示某一時間磁盤的忙碌狀況

       –freespace：顯示當前磁盤空間使用率

       –proc-count：顯示正在運行的進程數量

       –top-bio：指出塊I/O最大的進程

例：

例：查看全部內存都有誰在占用

例：查看CPU資源損耗的數據

注：單獨顯示進程數時是以白色顯示，若背景為白色則無法看清，調整背景即可

例：每隔2秒獲取磁盤IO情況，共獲取5次，并保存至文本中

四、進程管理

1、kill命令：用于向進程發送信號，以實現對進程的管理

kill -l [signal]：查看信號類別

常用信號：

       1）SIGUP：無需關閉進程而讓其重讀配置文件。在生產環境中，重啟服務的操作會終止業務，應被謹慎對待。

       2）SIGINT：終止正在運行的進程，相當于ctrl + c

       9）SIGKILL：殺死正在運行中的進程

       15）SIGTERM：終止運行中的后臺進程

       18）SIGCONT：讓在后臺中處于停止狀態的進程在后臺中繼續進程，比如cp 大文件時。注：需要占用前臺的進程無法通過此命令恢復運行，可使用fg命令

       19）SIGSTOP：類似于對進程發送ctrl + z信號

每個信號的標識方法有三種：

       1）、信號的數字表示

       2）、信號的完整名稱

       3）、信號的簡寫名稱           

如何向進程發信號

       kill [-s signal|-SIGNAL]  pid

例： kill掉ping 10.1.0.1這個進程

        

2、killall命令：根據進程名來殺死進程

       killall [-SIGNAL] program

       例：killall httpd

注意：killall會殺死所有httpd進程，若不期望kill所有，應使用kill