Linux系統進程管理

本章學習內容

    ——進程概念

    ——進程創建、切換和撤銷

    ——進程調度

    ——進程分類

    ——進程狀態

    ——進程管理工具

引言

    在linux系統中，內核的功用有：進程管理、文件系統、網絡功能、內存管理、驅動程序、安全功能等，在這眾多的模塊中，進程管理是相對重要的一環，即使不像文件系統和網絡功能那么復雜。在進程管理中，內核對進程的創建、切換、撤銷和調度都有很詳細的定義。

1、進程及相關概念   

    <1>進程：進程可以理解為程序執行的一個有生命周期的實例，有唯一的PID來標識，它包括可執行程序以及與其相關的系統資源，比如打開的文件、掛起的信號、內核內部數據、處理器狀態、內存地址空間及包含全局變量的數據段等。從內核的角度看，進程也可以稱為任務。

    <2>進程描述符：與進程相關的事情非常多，比如進程的PID、狀態、進程的優先級、進程的地址空間、允許該進程訪問的文件等等，Linux內核為此專門設計了一個類型為task_struct的結構體，稱之為進程描述符。進程描述符中包含了內核管理進程的所有信息，可以說，只要得到一個進程的進程描述符，就可以知道一個進程的所有信息。

2、進程的創建、切換和撤銷

    <1>進程創建：在系統啟動時，會先在CPU上加載內核，之后內核創建第一個進程init(centos7上是systemd)，init通過系統調fork()創建各種各樣的子進程，各進程之間遵循Cow機制(即修改數據才分配內存)。

    <2>進程切換：進程切換又稱為任務切換、上下文切換。它是這樣一種行為，為了控制進程的執行，內核掛起當前在CPU上運行的進程，并恢復以前掛起的某個進程的執行。

    <3>撤銷進程：進程終止后，需要通知內核以便內核釋放進程所擁有的資源，包括內存、打開文件以及其他資源，如信號量

3、進程調度    

    <1>調度策略：調度策略就是這樣一組規則：決定什么時候以怎樣的方式選擇一個新進程運行。所以定義一個進程的優先級來滿足這樣一種策略。這個策略以0-139的優先級來表示。

           實時優先級：1-99

               無需調整，數字越大，優先級越高

           靜態優先級：100-139

               可調整，數字越小，優先級越高

優先級以Nice值調整

    Nice：-20—-19 ，存在于task_struct結構體中  

公式如下：        

pri(new)=nice+pri(old)    

    <2>調度算法：早起的Linux中，調度算法是根據進程的優先級選擇“最佳”進程來執行，它的缺點是時間開銷與“可運行進程數量”有關。某種調度算法一定滿足一種函數關系，業界稱為Big O        

        Big O：時間復雜度，用時和規模的關系。有：

        O(1), O(logn), O(n)線性, O(n^2)拋物線, O(2^n)

4、進程類型 

    <1>進程的分類標準一： 

       守護進程: 監控非獨立服務的進程

       普通進程：只負責自己本身服務的提供

       注意：兩者可相互轉化   

    <2>進程的分類標準二：

       CPU-Bound：CPU密集型，非交互(圖形)

       IO-Bound：IO密集型，交互(操作)

5、進程狀態 

   在內存中運行的進程也有著各種各樣的狀態

        運行態R：running

        就緒態：ready

        睡眠態

            可中斷S：interruptable

            不可中斷D：uninterruptable

        停止態T：stopped,暫停于內存中，但不會被調度，除非手動啟動

        僵死態Z：zombie，結束進程，父進程結束前，子進程不關閉

6、進程作業

進程在運行時，我們可以稱其為作業，根據其運行的環境，可分為前臺作業和后臺作業

注：ctrl+z、ctrl+c只對前臺運行的進程有效，jobs查看作業。

后臺運行的程序如果有標注輸出，比如ping，ctrl+z，ctrl+c無法生效。要殺死進程才可以。

也可以使用kill向進程發信號

    <1>常用信號：man 7 signal

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：繼續運行

19) SIGSTOP：后臺休眠

    <2>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

補充：killall COMMAND：殺死所有COMMAND進程

      pkill -u USER：殺死所有以USER身份運行的進程

      pkill -u root：危險操作，切勿模仿

既然進程可以運行在后臺，提供一種方法將多個進程同時運行在后臺，增強效率。

    (f1.sh&);(f2.sh&);(f3.sh&)

    { f1.sh& f2.sh& f3.sh& }

    或者寫在一個腳本中。 

    vi all.sh

    f1.sh&

    f2.sh&

    f3.sh&

7、進程管理工具

<1>ps axu

也可以通過特定的選項來顯示信息

  ps -axo pid、comm、%cpu、%mem、state、tty、euser、ruser

  以上也證明了passwd適用于suid權限的，雖然運行用戶是user，但其真正有效的是root

<2>uptime

開機時間

運行時間

登陸用戶數目

平均負載：指在特定時間間隔內運行隊列中的平均進程數

    第一分鐘負載

    第五分鐘負載

    第十分鐘負載

    注意：1、5、10分鐘的平均負載，一般不會超過1                            

    參考值：如果每個CPU內核的當前活動進程數不大于3的話，那么系統的性能良好。如果每個CPU內核的任務數大于5，那么這臺機器的性能有嚴重問題。

         如果linux主機是1個雙核CPU的話，當Load Average為6的時候說明機器已經被充分使用。

<3>top

Tasks

%Cpu(s)

對顯示排序的方法：

首部信息顯示：

注：

直接查看進程編號  pidof COMMAND  或者  ps aux | grep **—–>kill

<4>htop

比top更加高級的進程管理軟件

f1幫助

f2切換CPU、mem、swap顯示方式

f10退出

選中進程執行k

<5>vmstat：查看磁盤吞吐量

vmstat -s: 內存的匯總信息

swap:

io：

分別使用 dd if=/dev/sda of=/dev/null

         dd if=/dev/sda of=/tmp/f1 可做測試

<6>glances    h: 幫助信息                                                                                特性C/S結構

Server端：glances -s -B IP

Client端：glances -c IP                                                                    <7>dstat

磁盤的讀寫可通過dd if=/dev/sdb of=/dev/zero 測試

網絡監控可通過ping -f IP -s 65507測試。