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linux进程管理与作业控制简述

2016年01月28日 站长资讯 暂无评论

一、进程的相关概念和理论

1、进程是运行中的程序实例。进程与程序是有区别的，程序是静态的指令和数据集合，而进程是动态的使用系统资源的程序，一个程序可启动多个进程。每个用户任务，每个系统管理的守护进程都可称之为进程。linux根据进程的优先级为每个进程分配合适的时间片，轮流调度到CPU上运行，从而实现“多任务”

2、为利于软件开发标准的统一，内核给每个进程编造一个数据结构（task_struct），虚拟出大小相同的地址空间，进程直接运行于各自的虚拟地址空间而非物理内存中，彼此独立。在32位系统中，这个虚拟地址空间最大为4G，linux分配1G给内核（内核空间），剩下3G给进程（用户空间）。每个进程都以为自己独占3G空间，实际只映射到物理内存的一小部分；每个进程也都以为只有自己与内核交互，实际上内核被映射到所有进程的内核空间。

3、linux进程有两种执行状态：用户态和内核态。用户态是进程的普通执行状态，一个进程在运行过程中，总是在两种执行状态之间不断地转换
进程虚拟地址空间分为：用户空间和内核空间。

①进程一般运行于用户空间，用户空间中存放着用户进程本身的程序和数据

②内核被映射到所有进程的内核空间；进程运行在用户态下时，不允许直接访问内核空间；进程只能通过系统调用转换为内核态后，才能访问内核空间。

③用户进程访问硬件（例如对硬盘的读写操作）是需要进行系统调用的，由内核获取结果后再反馈给进程
虚拟地址空间和物理地址空间都使用分页机制，虚拟地址空间中叫页面，物理内存中叫页框，页面和页框大小必须相同。CPU借助MMU（Memory Management Unit，内存管理单元）处理虚拟地址到物理地址的映射。

4、进程上下文：系统提供给进程处于动态变化的运行环境总和。

5、进程的分类：

实时进程：是一直运行的进程，经常随系统启动而启动，在系统关闭时终止。它们独立于终端，并且周期性的执行某种任务或等待处理某些事件。实时进程的优先级高于普通进程

普通进程

6、按对资源占用的偏重又可将进程分为：CPU密集型和I/O密集型

7、进程优先级

CPU根据进程优先级来挑选进程，进程优先级的范围为0～139

实时优先级：0～99，数字越大，优先级越高

静态优先级：100～139，数字越小，优先级越高

用户可通过调整nice值来改变进程优先级：PRI(new)=PRI(old)+NI(nice值)。nice值的范围为-20～19，用户空间的进程启动时，优先级默认为120，nice值默认为0。普通用户只能调大nice值，即只能调低优先级，root不受限制。

动态优先级：由内核维护，动态调整

8、进程状态

运行态：running

睡眠态：sleeping

可中断睡眠：interruptable

不可中断睡眠：等待外部满足之前无法继续运行, uninterruptable

停止态：不会被内核调度并运行

僵死态：zombie。进程已终止, 但task_struct还在, 等待父进程回收

9、进程创建机制

每一个进程都是由其父进程fork()自身而来。fork是一个系统调用，当一个进程调用fork的时候，实际是把父进程的task_struct（任务结构体）拷贝出一个构建一个新的进程，然后为子进程创建新的附加信息。每个子进程在运行结束后都由其父进程来销毁。若父进程先于子进程停止，则子进程会变成“僵尸”进程，一直停留在内存中而无法回收。

10、进程间的通信机制

同一主机：

信号（signal)

共享内存（share memory)

管道（pipe）

旗语（semerphor）

不同主机：

rpc：remote procedure calling

socket

11、CPU的虚拟化：就是将CPU的运行切割为时间片，分给各个进程

12、线程：是比进程更小的可以被单独调度的单位，实际上是把进程的执行流分成多条得到的。

我们把进程看作处理某个任务的车间，这个车间有很多工人，他们协同完成这个任务，线程就好比车间里的工人，一个进程可包括多个线程。车间的空间为工人们共享，象征着进程的内存空间为其包含的每个线程所共享。
同一个进程中的多个线程之间可以并发执行；一个线程可以创建和撤销另一个线程.

因为共享内存，线程之间有可能产生资源争用，一个解决办法就是当线程占用某个资源时，给其“加锁”
进程有独立的内存单元，一个进程崩溃并不会影响另一个进程。而线程没有单独的地址空间，一个线程死掉等于整个进程死掉，因此线程并不利于资源的管理与保护，但线程很轻量级，切换迅速且开销小。

二、linux进程状态查看工具

1、pstree：显示进程树

用法：pstree [option]

常用选项:

-p：显示进程号

-a：显示每个程序的完整指令，包含路径，参数或是常驻服务的标示

-u：显示进程由哪个用户启动

  1. [root@localhost ~]# pstree  
  2. init─┬─NetworkManager  
  3.      ├─abrtd  
  4.      ├─acpid  
  5.      ├─atd  
  6.      ├─auditd───{auditd}  
  7.      ├─automount───4*[{automount}]  
  8.      ├─certmonger  
  9.      ├─cupsd  
  10.      ├─dbus-daemon  
  11.      ├─hald─┬─hald-runner─┬─hald-addon-acpi  
  12.      │      │             └─hald-addon-inpu  
  13.      │      └─{hald}  
  14.      ├─6*[mingetty]  
  15.      ├─modem-manager  
  16.      ├─rpc.statd  
  17.      ├─rpcbind  
  18.      ├─rsyslogd───3*[{rsyslogd}]  
  19.      ├─sshd───sshd───bash───pstree  
  20.      ├─udevd  
  21.      └─wpa_supplicant  

2、ps：用于报告当前系统的进程状态（快照式，非动态）。可以搭配kill命令随时中断、删除不必要的程序

用法：ps [option]

ps命令支持三种选项使用风格：

SysV风格：选项可以组合在一起，并且选项前必须有“-”连字符

BSD风格：选项可以组合在一起，但是选项前不能有“-”连字符

GNU风格的长选项，选项前有“--”字符

常用选项：

BSD风格：

a：显示所有与终端相关的进程

x：显示所有进程

u：以用户为主的格式显示进程信息

常用组合：aux

SysV风格：

-e：显示所有进程，相当于-A

-f：显示完整格式的信息

-F：显示额外信息

-H：显示进程的树状结构

-u USERNAME|UID：显示指定用户的所有进程

常用组合：-ef，-eFH

o,-o：自定义要显示的信息，例如ps axo pid,command,psr,pri,ni

显示的字段的含义：

VSZ：virtual memory size，占用的虚拟内存大小

RSS：Resident Set Size，常驻内存集。即占用的物理内存大小，不包括那些被交换出去的内存

STAT：状态

R: running

S: 可中断睡眠

D：不可中断睡眠

T：stopped

Z：zombie

s: session leader

+：前台进程

l: 多线程进程

N：低优先级进程

<: 高优先级进程 COMMAND：若被包含在括号中则表示为内核线程 PSR：表示进程运行于哪颗CPU核心上 3、pgrep：从运行进程队列中查找进程 用法：grep [option] [程序名] 常用选项： -u USERNAME|UID：仅显示由指定用户启动的进程 -g GROUPNAME|GID：仅显示与指定组相关的进程 -t 终端：仅显示与指定终端相关的进程 -l：同时显示进程号和程序名 例如 pgrep httpd ptrep -l -t pts/0

  1. [root@localhost ~]# pgrep -l ssh  
  2. 4149 sshd  
  3. 6926 sshd  
  4. 6977 sshd  
  5. [root@localhost ~]# pgrep -l -u apache  
  6. 6532 httpd  
  7. 6533 httpd  
  8. 6534 httpd  
  9. 6535 httpd  
  10. 6536 httpd  
  11. 6537 httpd  
  12. 6538 httpd  
  13. 6539 httpd  

4、pidof：显示指定程序所启动的进程的ID

用法：pidof 程序名

[root@localhost ~]# pidof httpd

6539 6538 6537 6536 6535 6534 6533 6532 6530

5、top：实时动态地显示系统运行情况，包括进程ID、内存占用率、CPU占用率等

用法：top [option]

常用选项：

-d：屏幕刷新间隔时间

-u：指定用户名

-b：以批次的方式显示top刷新

-n：显示的批次

在top命令提供的界面中可使用一些交互命令：

h：显示帮助页面，给出一些简短的命令说明

q：退出

m：切换显示内存信息

t：切换显示进程和CPU状态信息

：立即刷新

s：设置刷新时间间隔

l：显示或隐藏uptime、load average等信息

f：增加或减少进程显示标志

i：只显示正在运行的进程

k：终止指定进程

S：累计模式，会把已完成或退出的子进程占用的CPU时间累计到父进程的TIME+

M：按%MEM进行排序

P：按%CPU排序（默认）

T：按TIME+排序

几个特殊字段的含义：

PRI：进程优先级

NI：nice值

VIRT：进程占用的虚拟内存

RES：进程的常驻内存大小

SHR：共享内存大小

TIME+：进程启动后占用的CPU时间总计

如下图：

第一行：03:52:07表示当前时间；up 1 day, 7:45表示系统开机到现在运行的时长；load average: 0.00, 0.00, 0.00 #表示过去1分钟、5分钟、15分钟的CPU负载信息

第三行：Cpu(s)中的s表示有多个CPU核心，可按数字1将分别显示各CPU核心的信息；

us：用户进程占用CPU时间百分比；

sy：内核占用CPU时间百分比；

id：空闲CPU时间百分比；

wa：等待I/O的CPU时间百分比；

hi：CPU硬中断时间百分比；

si：CPU软中断时间百分比；

st：被偷走的CPU时间百分比，例如虚拟化

  1. [root@localhost ~]# top  
  2. top - 03:52:07 up 1 day,  7:45,  2 users,  load average: 0.00, 0.00, 0.00  
  3. Tasks: 107 total,   1 running, 106 sleeping,   0 stopped,   0 zombie  
  4. Cpu(s):  0.0%us,  0.2%sy,  0.0%ni, 99.7%id,  0.0%wa,  0.0%hi,  0.2%si,  0.0%st  
  5. Mem:   1012352k total,   801028k used,   211324k free,    58128k buffers  
  6. Swap:  2097144k total,      336k used,  2096808k free,   603168k cached  
  7.    
  8.   PID USER      PR  NI  VIRT  RES  SHR S %CPU %MEM    TIME+  COMMAND                                                                                                        
  9.  7062 root      20   0 15032 1296  996 R  0.3  0.1   0:00.79 top                                                                                                             
  10.     1 root      20   0 19364 1356 1136 S  0.0  0.1   0:01.29 init                                                                                                            
  11.     2 root      20   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.03 kthreadd                                                                                                        
  12.     3 root      RT   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:01.73 migration/0                                                                                                     
  13.     4 root      20   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:02.54 ksoftirqd/0                                                                                                     
  14.     5 root      RT   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:00.00 migration/0                                                                                                     
  15.     6 root      RT   0     0    0    0 S  0.0  0.0   0:01.07 watchdog/0   
  16. ...  

6、htop：一款交互式的进程查看工具，比top更强大。来自epel源，需额外安装

在htop命令提供的界面中可使用一些交互命令：

u: 交互式选择显示指定用户的进程

l: 显示光标所在进程所打开的文件列表

s: 显示光标所在进程执行的系统调用

a: 绑定进程到指定的CPU

#：快速定位光标至PID为#的进程上

F1/h：查看帮助

F2/S：设置

F3或/：搜索进程

F4或\：过滤器，按关键字搜索

F5/t：显示树形结构

F6：选择排序方式

F7或[：减小nice值，即提高对应进程的优先级

F8或]：增大nice值，即降低对应进程的优先级

F9/k：杀掉选中的进程

F10/q：退出

M：按MRM%排序

P：按CPU%排序

T：按TIME+排序

：标记/取消标记一个进程

7、vmstat：显示虚拟内存状态，但它也可以报告关于进程、内存、I/O等系统整体运行状态

常用选项：

-s：显示内存统计数据

-a：显示活跃和非活跃内存

几个字段的含义：

procs：

r：running，运行队列的长度。太长说明CPU性能不够

b：blocking，被阻塞（等待I/O完成）队列的长度。太长说明磁盘性能不够好

memory：

swpd：已使用的swap大小

free：空闲的物理内存大小

buff：用作缓冲的内存大小

cache：用作缓存的内存大小；cache与buffer的区别见文末补充部分

swap

si：Amount of memory swapped in from disk，每秒从交换区写入内存的大小

so：Amount of memory swapped to disk，每秒写入交换区的内存大小

io：

bi：每秒读取的块数

bo：每秒写入的块数

system:

in：interrupt，每秒中断数，包括时钟中断

cs：context switch，每秒上下文切换数

  1. [root@localhost ~]# vmstat  
  2. procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- --system-- -----cpu-----  
  3.  r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st  
  4.  0  0    336 183768  58676 631048    0    0     4    15   10    8  0  0 100  0  0  
  5. [root@localhost ~]# vmstat -s  
  6.       1012352  total memory  
  7.        828816  used memory  
  8.        323136  active memory  
  9.        382408  inactive memory  
  10.        183536  free memory  
  11.         58716  buffer memory  
  12.        631080  swap cache  
  13.       2097144  total swap  
  14.           336  used swap  
  15.       2096808  free swap  
  16.       ...  

8、uptime：查看系统运行时长、系统负载等。实际是就是top命令显示的第一行信息

9、dstat：一个用来替换vmstat、iostat、netstat、nfsstat和ifstat这些命令的工具，是一个全能系统信息统计工具，拥有彩色的界面,支持即时刷新，例如输入dstat 3即每秒刷新一次

用法：dstat [option]

常用选项：

-c：显示CPU统计数据

-d：显示disk统计数据

-D DISK: 只显示指定disk的统计数据

-g：显示page的统计数据

-i：显示中断的统计数据

-m：显示内存的统计数据

-l：显示系统负载的统计数据

-n：显示网络情况

-N INTERFACE: 仅显示指定的网络接口的数据

-s：显示交换内存

-p：统计进程信息

--ipc：显示ipc消息队列、信号量和共享内存的使用状况

-y：系统状态数据

-f：以完整格式显示所有信息

--top-cpu：查看当前占用CPU最高的进程

--top-mem：查看当前消耗内存最高的进程

网络连接状态统计：

--tcp

--udp

--raw

--unix

直接使用dstat，则相当于使用“dstat -cdngy”，也相当于“dstat -a”

使用"dstat -v"，显示结果类似于vmstat命令

10、pmap：显示指定内存的物理内存空间映射表，实际上是读取/proc/#/maps

用法：pmap [-x|-d] PID

-x：显示扩展格式

-d：显示设备格式

  1. [root@localhost ~]# pidof httpd  
  2. 8785 8784 8783 8782 8781 8780 8779 8778 8776  
  3. [root@localhost ~]# pmap -x 8785  
  4. 8785:   /usr/sbin/httpd  
  5. Address           Kbytes     RSS   Dirty Mode   Mapping  
  6. 00007f2a39749000       8       0       0 r-x--  apr_ldap-1.so  
  7. 00007f2a3974b000    2044       0       0 -----  apr_ldap-1.so  
  8. 00007f2a3994a000       4       4       4 rw---  apr_ldap-1.so  
  9. 00007f2a3994b000      48      16       0 r-x--  libnss_files-2.12.so  
  10. 00007f2a39957000    2048       0       0 -----  libnss_files-2.12.so  
  11. 00007f2a39b57000       4       4       4 r----  libnss_files-2.12.so  
  12. 00007f2a39b58000       4       4       4 rw---  libnss_files-2.12.so  

■上面我们提到，内核为每个进程维持一个task_struck（任务结构），为便于管理，linux将这些进程的task_struck也抽象成文件的形式置于/proc目录下，并以各进程的PID命名。而上述的各种进程信息查看工具，实际上就是读取这些文件的信息。

三、调整linux进程优先级

前面提到，可通过修改nice值（-20～19）来调整静态优先级；用户空间的进程启动时，优先级默认为120，nice值默认为0。普通用户只能调大nice值，即只能调低优先级，root不受限制。调整进程优先级的命令有nice和renice

1、启动一个进程时直接指定其nice值。

nice -n # COMMAND

例 nice -n 5 mysql

2、调整已运行的进程的nice值：

renice -n # [[-p] pid...] [[-g] pgrp...] [[-u] 用户名...]

-g pgrp：修改所有属于指定进程组的进程的优先级

-u 用户名：修改所有隶属于指定用户的进程的优先级

例 renice -n 3 -p

  1. [root@localhost ~]# nice -n 5 top  
  2. [root@localhost ~]# ps axo command,ni | grep 'top'  
  3. top                           5  
  4. grep top                          0  
  5. [root@localhost ~]# pidof httpd  
  6. 8302 8301 8300 8299 8298 8297 8296 8295 8293  
  7. [root@localhost ~]# ps axo command,pid,pri,ni | grep '8302'  
  8. /usr/sbin/httpd              8302  19   0  
  9. grep 8302                    8370  19   0  
  10. [root@localhost ~]# renice -n 3 -p 8302  
  11. 8302: old priority 0, new priority 3  
  12. [root@localhost ~]# ps axo command,pid,pri,ni | grep '8302'  
  13. /usr/sbin/httpd              8302  16   3  
  14. grep 8302                    8373  19   0  

四、使用kill命令向指定进程发信号

前面提到过，同一主机的进程间可通过发信号的方式通信。

kill：发送指定的信号到相应的进程

①kill -l：列出全部信号名称

②几个常用信号：

1) SIGHUP：让程序重读配置文件而无需重新启动

2) SIGINT：interrupt，打断正在运行中的程序

9) SIGKILL：杀死进程

15) SIGTERM：终止进程

③每个信号都可以使用三种方式之一在Kill进行调用：

数字代号: 如1, 2, 9, 15

信号完整名称：如SIGHUP, SIGINT, SIGKILL, SIGTERM

信号简称：如HUP, INT, KILL, TERM

④kill [-SIGNAL] PID：向指定进程发送指定信号。若不指定信号，默认为SIGTERM

⑤killall [-SIGNAL] COMMAND，其效果等同于kill [-SIGNAL] `pidof COMMAND`

  1. [root@localhost ~]# kill -l  
  2.  1) SIGHUP     2) SIGINT     3) SIGQUIT    4) SIGILL     5) SIGTRAP  
  3.  6) SIGABRT    7) SIGBUS     8) SIGFPE     9) SIGKILL   10) SIGUSR1  
  4. 11) SIGSEGV    12) SIGUSR2    13) SIGPIPE    14) SIGALRM    15) SIGTERM  
  5. 16) SIGSTKFLT  17) SIGCHLD    18) SIGCONT    19) SIGSTOP    20) SIGTSTP  
  6. 21) SIGTTIN    22) SIGTTOU    23) SIGURG 24) SIGXCPU    25) SIGXFSZ  
  7. 26) SIGVTALRM  27) SIGPROF    28) SIGWINCH   29) SIGIO  30) SIGPWR  
  8. 31) SIGSYS 34) SIGRTMIN   35) SIGRTMIN+1 36) SIGRTMIN+2 37) SIGRTMIN+3  
  9. 38) SIGRTMIN+4 39) SIGRTMIN+5 40) SIGRTMIN+6 41) SIGRTMIN+7 42) SIGRTMIN+8  
  10. 43) SIGRTMIN+9 44) SIGRTMIN+10    45) SIGRTMIN+11    46) SIGRTMIN+12    47) SIGRTMIN+13  
  11. 48) SIGRTMIN+14    49) SIGRTMIN+15    50) SIGRTMAX-14    51) SIGRTMAX-13    52) SIGRTMAX-12  
  12. 53) SIGRTMAX-11    54) SIGRTMAX-10    55) SIGRTMAX-9 56) SIGRTMAX-8 57) SIGRTMAX-7  
  13. 58) SIGRTMAX-6 59) SIGRTMAX-5 60) SIGRTMAX-4 61) SIGRTMAX-3 62) SIGRTMAX-2  
  14. 63) SIGRTMAX-1 64) SIGRTMAX  
  15. [root@localhost ~]# top &  
  16. [2] 8437  
  17. [root@localhost ~]# kill -9 8437  
  18.    
  19. [2]+  Stopped                 top  
  20. [root@localhost ~]# pidof httpd  
  21. 8466 8465 8464 8463 8462 8461 8460 8459 8457  
  22. [root@localhost ~]# killall httpd  
  23. [root@localhost ~]# pgrep httpd  

五、linux作业控制

1、作业分类：

前台作业：通过终端启动，并在终止之前一直占据着终端。手动启动的非守护进程类的程序，一般都运行于前台

后台作业：作业启动之后即运行于后台，释放前台；

2、如何将作业运行于后台：

①运行中的作业：ctrl+z；送往后台后，作业处于STOPPED状态

②尚未启动作业：COMMAND &

3、一般情况下，若退出终端，则与终端相关的作业会被终止；如果想把作业送往后台，且与终端无关：

nohup COMMAND &

4、作业都有作业号，使用jobs命令查看

5、作业控制命令：

fg [[%]JOBNUM]: 将指定的作业调回前台。或不指定作业号，默认为带+号的作业

bg [[%]JOBNUM]: 让送往后台的作业在后台继续运行；某些命令无法在后台继续运行

kill %JOBNUM: 终止指定的作业；注意：kill作业时要带%号

  1. [root@localhost ~]# vim a.txt  
  2.    
  3. [1]+  Stopped                 vim a.txt  
  4. [root@localhost ~]# top &  
  5. [2] 8574  
  6. [root@localhost ~]# ping www.baidu.com  
  7. PING www.a.shifen.com (115.239.211.112) 56(84) bytes of data.  
  8. 64 bytes from 115.239.211.112: icmp_seq=1 ttl=128 time=5.54 ms  
  9. 64 bytes from 115.239.211.112: icmp_seq=2 ttl=128 time=6.91 ms  
  10. ^Z  
  11. [3]+  Stopped                 ping www.baidu.com  
  12. [root@localhost ~]# jobs  
  13. [1]   Stopped                 vim a.txt  
  14. [2]-  Stopped                 top  
  15. [3]+  Stopped                 ping   
  16. [root@localhost ~]# fg   
  17. ping www.baidu.com  
  18. 64 bytes from 115.239.211.112: icmp_seq=4 ttl=128 time=9.70 ms  
  19. 64 bytes from 115.239.211.112: icmp_seq=5 ttl=128 time=10.2 ms  
  20. ^C  
  21. --- www.a.shifen.com ping statistics ---  
  22. 12 packets transmitted, 12 received, 0% packet loss, time 35180ms  
  23. rtt min/avg/max/mdev = 3.931/6.099/10.299/1.886 ms  
  24. [root@localhost ~]# fg 1  
  25. vim a.txt  
  26. [root@localhost ~]# jobs  
  27. [2]+  Stopped                 top  
  28. [root@localhost ~]# kill %2  
  29. [root@localhost ~]# jobs  

补充：cache与buffer的区别

简而言之，cache一般与读操作相关，而buffer一般与写操作相关

首先从翻译上看，cache翻译为“缓存”，而buffer翻译为“缓冲”

①从硬件层面看，cache为cpu集成的高速缓存，而buffer应该为一段内存

cache是为了提高读取速度，把经常或马上需要读取的数据预读到缓存中，写进cache的数据是为了其它设备从中去读取，如cpu

buffer是为了让不同速度的设备能够同步而建立的一个缓冲区域，写进buffer的数据是为了从中拿出写入其它设备

②从软件这一层来说，cache是文件系统的缓存，buffer是块设备的缓冲

cache以页面形式缓存了文件系统的文件，给需要使用的程序读取，避免频繁读硬盘，提高读取效率

buffer以块形式缓冲了对块设备的操作，定时或手动地同步到硬盘，它是为了缓冲写操作然后一次性将很多改动写入硬盘，避免频繁写入，提高写入效率。

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