进程管理

Posted 2021-01-16 alonesea

进程概念

• 内核的功用：进程管理、文件系统、网络功能、内存管理、驱动程序、安全功能等
• Process: 运行中的程序的一个副本，是被载入内存的一个指令集合
  ? 进程ID（Process ID，PID）号码被用来标记各个进程
  ? UID、GID、和SELinux语境决定对文件系统的存取和访问权限
  ? 通常从执行进程的用户来继承
  ? 存在生命周期
• task struct：Linux内核存储进程信息的数据结构格式
• task list：多个任务的的task struct组成的链表
• 进程创建：
  ? init：第一个进程
  ? 进程：都由其父进程创建，父子关系，CoW fork(), clone()

进程的基本状态

• 创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB(process control block进程控 制块)，向其中填写控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完 成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态
• 就绪状态：进程已准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行
• 执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态
• 阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓存区失败）而暂时 无法运行，进程受到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用
• 终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态。无法再执行

状态之间转换六种情况

• 运行——>就绪：1，主要是进程占用CPU的时间过长，而系统分配给该进程占 用CPU的时间是有限的；2，在采用抢先式优先级调度算法的系统中,当有更高 优先级的进程要运行时，该进程就被迫让出CPU，该进程便由执行状态转变为 就绪状态
• 就绪——>运行：运行的进程的时间片用完，调度就转到就绪队列中选择合适 的进程分配CPU
• 运行——>阻塞：正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行，则进程由执 行状态变为阻塞状态，如发生了I/O请求
• 阻塞——>就绪:进程所等待的事件已经发生，就进入就绪队列
• 以下两种状态是不可能发生的：
• 阻塞——>运行：即使给阻塞进程分配CPU，也无法执行，操作系统在进行调 度时不会从阻塞队列进行挑选，而是从就绪队列中选取
• 就绪——>阻塞：就绪态根本就没有执行，谈不上进入阻塞态

进程优先级

• 进程优先级：
  ? 系统优先级：数字越小，优先级越高
  ? 0-139（CentOS4,5）
  ? 各有140个运行队列和过期队列
  ? 0-98，99（CentOS6）
  ? 实时优先级: 99-0 值最大优先级最高
  ? nice值：-20到19，对应系统优先级100-139或99
• Big O：时间复杂度，用时和规模的关系
  ? O(1), O(logn), O(n)线性, O(n^2)抛物线, O(2^n)
• 进程内存：
  ?Page Frame: 页框，用存储页面数据，存储Page 4k
  ?LRU：Least Recently Used 近期最少使用算法,释放内存 物理地址空间和线性地址空间
  ?MMU：Memory Management Unit负责转换线性和物理地址
  ?TLB：Translation Lookaside Buffer 翻译后备缓冲器,用于保存虚拟地址和物理地址映射关系的缓存
• IPC: Inter Process Communication
  ?同一主机：
  ? signal:信号
  ? shm: shared memory
  ? semaphore:信号量，一种计数器
  ?不同主机：
  ? socket: IP和端口号
  ? RPC: remote procedure call
  ? MQ：消息队列，Kafka，ActiveMQ

进程状态

• Linux内核：抢占式多任务
• 进程类型：
  ?: daemon,在系统引导过程中启动的进程，和终端无关进程
  ?前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程
  ?注意：两者可相互转化
• 进程状态：
  ?运行态：running
  ?就绪态：ready
  ?睡眠态：
  可中断：interruptable
  不可中断：uninterruptable
  ?停止态：stopped,暂停于内存，但不会被调度，除非手动启动
  ?僵死态：zombie，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭

系统管理工具

• 进程的分类：
  ? CPU-Bound：CPU密集型，非交互
  ? IO-Bound：IO密集型，交互
• Linux系统状态的查看及管理工具：pstree, ps, pidof, pgrep, top, htop, glance, pmap, vmstat, dstat, kill, pkill, job, bg, fg, nohup
• pstree命令：
  pstree display a tree of processes
• ps: process state
  ps report a snapshot of the current processes
  Linux系统各进程的相关信息均保存在/proc/PID目录下的各文件中

查看进程进程ps

• ps [OPTION]...
• 支持三种选项：
  UNIX选项 如-A -e
  BSD选项 如a
  GNU选项 如--help
  ? 选项：默认显示当前终端中的进程
  ? a 选项包括所有终端中的进程
  ? x 选项包括不链接终端的进程
  ? u 选项显示进程所有者的信息
  ? f 选项显示进程树,相当于 --forest
  ? k|--sort 属性 对属性排序,属性前加- 表示倒序
  ? o 属性… 选项显示定制的信息 pid、cmd、%cpu、%mem
  ? L 显示支持的属性列表
  ? -C cmdlist 指定命令，多个命令用，分隔
  ? -L 显示线程
  ? -e: 显示所有进程，相当于-A
  ? -f: 显示完整格式程序信息
  ? -F: 显示更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
  ? -u userlist 指定有效的用户ID或名称
  ? -U userlist 指定真正的用户ID或名称
  ? -g gid或groupname 指定有效的gid或组名称
  ? -G gid或groupname 指定真正的gid或组名称
  ? -p pid 显示指pid的进程
  ? --ppid pid 显示属于pid的子进程
  ? -M 显示SELinux信息，相当于Z

ps输出属性

• VSZ: Virtual memory SiZe，虚拟内存集，线性内存
• RSS: ReSident Size, 常驻内存集
• STAT：进程状态
  ? R：running
  ? S: interruptable sleeping
  ? D: uninterruptable sleeping
  ? T: stopped
  ? Z: zombie
  ? +: 前台进程
  ? l: 多线程进程
  ? L：内存分页并带锁
  ? N：低优先级进程
  ? <: 高优先级进程
  ? s: session leader，会话（子进程）发起者
• ni: nice值
• pri: priority 优先级
• psr: processor CPU编号
• rtprio: 实时优先级
• 示例： ? ps axo pid,cmd,psr,ni,pri,rtprio
• 常用组合：
  ? aux
  ? -ef
  ? -eFH
  ? -eo pid,tid,class,rtprio,ni,pri,psr,pcpu,stat,comm
  ? axo stat,euid,ruid,tty,tpgid,sess,pgrp,ppid,pid,pcpu,comm

ps示例

• 查询你拥有的所有进程
  ps -x *显示指定用户名(RUID)或用户ID的进程
  ps -fU apache
  ps -fU 48
• 显示指定用户名(EUID)或用户ID的进程
  ps -fu wang
  ps -fu 1000
• 查看以root用户权限（实际和有效ID）运行的每个进程
  ps -U root -u root
• 列出某个组拥有的所有进程（实际组ID：RGID或名称）
  ps -fG nginx
• 列出有效组名称（或会话）所拥有的所有进程
  ps -fg mysql
  ps -fg 27
• 显示指定的进程ID对应的进程
  ps -fp 1234
• 以父进程ID来显示其下所有的进程，如显示父进程为1234的所有进程
  ps -f --ppid 1234
• 显示指定PID的多个进程
  ps -fp 1204,1239,1263
• 要按tty显示所属进程
  ps -ft pts/0
• 以进程树显示系统中的进程如何相互链接
  ps -e --forest
• 以进程树显示指定的进程
  ps -f --forest -C sshd
  ps -ef --forest | grep -v grep | grep sshd
• 要显示一个进程的所有线程,将显示LWP（轻量级进程）以及NLWP（轻量级进 程数）列
  ps -fL -C nginx
• 要列出所有格式说明符
  ps L
• 查看进程的PID，PPID，用户名和命令
  ps -eo pid,ppid,user,cmd
• 自定义格式显示文件系统组,ni值开始时间和进程的时间
  ps -p 1234 -o pid,ppid,fgroup,ni,lstart,etime
• 使用其PID查找进程名称：
  ps -p 1244 -o comm=
• 要以其名称选择特定进程，显示其所有子进程
  ps -C sshd,bash
• 查找指定进程名所有的所属PID，在编写需要从std输出或文件读取PID的脚本时 这个参数很有用
  ps -C httpd,sshd -o pid=
• 检查一个进程的执行时间
  ps -eo comm,etime,user | grep nginx
• 查找占用最多内存和CPU的进程
  ps -eo pid,ppid,cmd,%mem,%cpu --sort=-%mem | head
  ps -eo pid,ppid,cmd,%mem,%cpu --sort=-%cpu | head
• 显示安全信息
  ps -eM
  ps --context
• 使用以下命令以用户定义的格式显示安全信息
  ps -eo euser,ruser,suser,fuser,f,comm,label
• 使用watch实用程序执行重复的输出以实现对就程进行实时的监视，如下面的命 令显示每秒钟的监视
  watch -n 1 ‘ps -eo pid,ppid,cmd,%mem,%cpu --sort=-%mem | head‘

进程优先级

• 进程优先级调整
  ? 静态优先级：100-139
  ? 进程默认启动时的nice值为0，优先级为120
  ? 只有根用户才能降低nice值（提高优先性）
• nice命令
  nice [OPTION] [COMMAND [ARG]...]
• renice命令
  renice [-n] priority pid...
• 查看
  ps axo pid,comm,ni

搜索进程

• 最灵活：ps 选项 | 其它命令
• 按预定义的模式：pgrep
  pgrep [options] pattern
  ? -u uid: effective user，生效者
  ? -U uid: real user，真正发起运行命令者
  ? -t terminal: 与指定终端相关的进程
  ? -l: 显示进程名
  ? -a: 显示完整格式的进程名
  ? -P pid: 显示指定进程的子进程
• 按确切的程序名称：/sbin/pidof
  pidof bash

系统工具

• uptime
  显示当前时间，系统已启动的时间、当前上线人数，系统平均负载（1、5、10 分钟的平均负载，一般不会超过1）
• 系统平均负载: 指在特定时间间隔内运行队列中的平均进程数
• 通常每个CPU内核的当前活动进程数不大于3，那么系统的性能良好。如果每 个CPU内核的任务数大于5，那么此主机的性能有严重问题
• 如果linux主机是1个双核CPU，当Load Average 为6的时候说明机器已经被 充分使用

top命令

• top：有许多内置命令
  ?排序：
  ? P：以占据的CPU百分比,%CPU
  ? M：占据内存百分比,%MEM
  ? T：累积占据CPU时长,TIME+
  ?首部信息显示：
  ? uptime信息：l命令
  ? tasks及cpu信息：t命令
  ? cpu分别显示：1 (数字)
  ? memory信息：m命令
  ?退出命令：q
  ?修改刷新时间间隔：s
  ?终止指定进程：k
  ?保存文件：W
• 栏位信息简介
  ? us：用户空间
  ? sy：内核空间
  ? ni：调整nice时间
  ? id：空闲
  ? wa：等待IO时间
  ? hi：硬中断
  ? si：软中断（模式切换）
  ? st：虚拟机偷走的时间
• 选项：
  ? -d # 指定刷新时间间隔，默认为3秒
  ? -b 全部显示所有进程
  ? -n # 刷新多少次后退出
  ? -H 线程模式，示例：top -H -p `pidof mysqld`
• htop命令：EPEL源
  选项：
  ? -d #: 指定延迟时间；
  ? -u UserName: 仅显示指定用户的进程
  ? -s COLUME: 以指定字段进行排序
  子命令：
  ? s：跟踪选定进程的系统调用
  ? l：显示选定进程打开的文件列表
  ? a：将选定的进程绑定至某指定CPU核心
  ? t：显示进程树

free命令

• free [OPTION]
  ? -b 以字节为单位
  ? -m 以MB为单位
  ? -g 以GB为单位
  ? -h 易读格式
  ? -o 不显示-/+buffers/cache行
  ? -t 显示RAM + swap的总和
  ? -s n 刷新间隔为n秒
  ? -c n 刷新n次后即退出

内存工具

• vmstat命令：虚拟内存信息
  vmstat [options] [delay [count]]
  vmstat 2 5
• procs:
  ? r：可运行（正运行或等待运行）进程的个数，和核心数有关
  ? b：处于不可中断睡眠态的进程个数(被阻塞的队列的长度)
• memory：
  ? swpd: 交换内存的使用总量
  ? free：空闲物理内存总量
  ? buffer：用于buffer的内存总量
  ? cache：用于cache的内存总量
• swap:
  ? si：从磁盘交换进内存的数据速率(kb/s)
  ? so：从内存交换至磁盘的数据速率(kb/s)
• io：
  ? bi：从块设备读入数据到系统的速率(kb/s)
  ? bo: 保存数据至块设备的速率
• system：
  ? in: interrupts 中断速率，包括时钟
  ? cs: context switch 进程切换速率
• cpu：
  ?us:Time spent running non-kernel code
  ?sy: Time spent running kernel code
  ?id: Time spent idle. Linux 2.5.41前,包括IO-wait time.
  ?wa: Time spent waiting for IO. 2.5.41前，包括in idle.
  ?st: Time stolen from a virtual machine. 2.6.11前, unknown.
• 选项：
  -s: 显示内存的统计数据
• iostat:统计CPU和设备IO信息 示例：iostat 1 10
• pmap命令：进程对应的内存映射
• pmap [options] pid [...]
  -x: 显示详细格式的信息
  示例：pmap 1
• 另外一种实现 cat /proc/PID/maps

系统监控工具

• glances命令：EPEL源
• glances [-bdehmnrsvyz1] [-B bind] [-c server] [-C conffile] [-p port] [-P password] [-- password] [-t refresh] [-f file] [-o output]
• 内建命令： ?a Sort processes automatically ?l Show/hide logs ?c Sort processes by CPU% ?b Bytes or bits for network I/O ?m Sort processes by MEM% ?w Delete warning logs ?p Sort processes by name ?x Delete warning and critical logs ?i Sort processes by I/O rate ?1 Global CPU or per-CPU stats ?d Show/hide disk I/O stats ?h Show/hide this help screen ?f Show/hide file system stats ?t View network I/O as combination ?n Show/hide network stats ?u View cumulative network I/O ?s Show/hide sensors stats ?q Quit (Esc and Ctrl-C also work) ?y Show/hide hddtemp stats
• 常用选项：
  ?-b: 以Byte为单位显示网卡数据速率
  ?-d: 关闭磁盘I/O模块
  ?-f /path/to/somefile: 设定输入文件位置
  ?-o {html|CSV}：输出格式
  ?-m: 禁用mount模块
  ?-n: 禁用网络模块
  ?-t #: 延迟时间间隔
  ?-1：每个CPU的相关数据单独显示
• C/S模式下运行glances命令
• 服务器模式：
  glances -s -B IPADDR
  IPADDR: 指明监听的本机哪个地址
• 客户端模式：
  glances -c IPADDR
  IPADDR：要连入的服务器端地址
• dstat命令：系统资源统计,代替vmstat,iostat
• dstat [-afv] [options..] [delay [count]]
  ? -c 显示cpu相关信息
  ? -C #,#,...,total
  ? -d 显示disk相关信息
  ? -D total,sda,sdb,...
  ? -g 显示page相关统计数据
  ? -m 显示memory相关统计数据
  ? -n 显示network相关统计数据
  ? -p 显示process相关统计数据
  ? -r 显示io请求相关的统计数据
  ? -s 显示swapped相关的统计数据
  ?--tcp
  ?--udp
  ?--unix
  ?--raw
  ?--socket
  ?--ipc
  ?--top-cpu：显示最占用CPU的进程
  ?--top-io: 显示最占用io的进程
  ?--top-mem: 显示最占用内存的进程
  ?--top-latency: 显示延迟最大的进程

iotop

• iotop命令是一个用来监视磁盘I/O使用状况的top类工具iotop具有与top相似的UI，其中包括 PID、用户、I/O、进程等相关信息，可查看每个进程是如何使用IO
• iotop输出
  ? 第一行：Read和Write速率总计
  ? 第二行：实际的Read和Write速率
  ? 第三行：参数如下：
  ? 线程ID（按p切换为进程ID ） ? 优先级
  ? 用户
  ? 磁盘读速率
  ? 磁盘写速率
  ? swap交换百分比
  ? IO等待所占的百分比
  ? 线程/进程命令

iotop常用参数

• -o, --only只显示正在产生I/O的进程或线程，除了传参，可以在运行过程中按o 生效
• -b, --batch非交互模式，一般用来记录日志
• -n NUM, --iter=NUM设置监测的次数，默认无限。在非交互模式下很有用
• -d SEC, --delay=SEC设置每次监测的间隔，默认1秒，接受非整形数据例如1.1
• -p PID, --pid=PID指定监测的进程/线程
• -u USER, --user=USER指定监测某个用户产生的I/O
• -P, --processes仅显示进程，默认iotop显示所有线程
• -a, --accumulated显示累积的I/O，而不是带宽
• -k, --kilobytes使用kB单位，而不是对人友好的单位。在非交互模式下，脚本 编程有用
• -t, --time 加上时间戳，非交互非模式
• -q, --quiet 禁止头几行，非交互模式，有三种指定方式
  ? -q 只在第一次监测时显示列名
  ? -qq 永远不显示列名
  ? -qqq 永远不显示I/O汇总
• 交互按键
  ? left和right方向键：改变排序
  ? r：反向排序
  ? o：切换至选项--only
  ? p：切换至--processes选项
  ? a：切换至--accumulated选项
  ? q：退出
  ? i：改变线程的优先级

lsof

• lsof：list open files查看当前系统文件的工具。在linux环境下，一切皆文件， 用户通过文件不仅可以访问常规数据，还可以访问网络连接和硬件如传输控制 协议 (TCP) 和用户数据报协议 (UDP)套接字等，系统在后台都为该应用程序分 配了一个文件描述符
• 命令参数
  ? -a：列出打开文件存在的进程
  ? -c<进程名>：列出指定进程所打开的文件
  ? -g：列出GID号进程详情
  ? -d<文件号>：列出占用该文件号的进程
  ? +d<目录>：列出目录下被打开的文件
  ? +D<目录>：递归列出目录下被打开的文件
  ? -n<目录>：列出使用NFS的文件
  ? -i<条件>：列出符合条件的进程(4、6、协议、:端口、 @ip )
  ? -p<进程号>：列出指定进程号所打开的文件
  ? -u：列出UID号进程详情
  ? -h：显示帮助信息
  ? -v：显示版本信息。
  ? -n: 不反向解析网络名字

lsof示例

• 进程管理
• 查看由登陆用户启动而非系统启动的进程
  ? lsof /dev/pts1
• 指定进程号，可以查看该进程打开的文件
  ? lsof -p 9527
• 文件管理
• 查看指定程序打开的文件
  ? lsof -c httpd
• 查看指定用户打开的文件
  ? lsof -u root | more
• 查看指定目录下被打开的文件
  ? lsof +D /var/log/
  ? lsof +d /var/log/
  参数+D为递归列出目录下被打开的文件，参数+d为列出目录下被打开的文件
• 网络管理
• 查看所有网络连接
  ? lsof -i –n lsof [email protected]
  通过参数-i查看网络连接的情况，包括连接的ip、端口等以及一些服务的连接情况，例如： sshd等。也可以通过指定ip查看该ip的网络连接情况
• 查看端口连接情况
  ? lsof -i :80 -n
  通过参数-i:端口可以查看端口的占用情况，-i参数还有查看协议，ip的连接情况等
• 查看指定进程打开的网络连接
  ? lsof -i –n -a -p 9527
  参数-i、-a、-p等，-i查看网络连接情况，-a查看存在的进程，-p指定进程
• 查看指定状态的网络连接
  ? lsof -n -P -i TCP -s TCP:ESTABLISHED
  -n:no host names, -P:no port names,-i TCP指定协议，-s指定协议状态通过多个参数可以 清晰的查看网络连接情况、协议连接情况等
• 恢复删除文件
  ? lsof |grep /var/log/messages
  ? m -f /var/log/messages
  ? lsof |grep /var/log/messages
  ? cat /proc/653/fd/6
  ? cat /proc/653/fd/6 > /var/log/messages ##### 进程管理工具
• kill命令：向进程发送控制信号，以实现对进程管理,每个信号对应一个数字，信号名称以SIG开 头（可省略），不区分大小写
• 显示当前系统可用信号： kill –l 或者 trap -l
• 常用信号：man 7 signal
  ? 1) SIGHUP 无须关闭进程而让其重读配置文件
  ? 2) SIGINT 中止正在运行的进程；相当于Ctrl+c
  ? 3) SIGQUIT 相当于ctrl+
  ? 9) SIGKILL 强制杀死正在运行的进程
  ? 15) SIGTERM 终止正在运行的进程
  ? 18) SIGCONT 继续运行
  ? 19) SIGSTOP 后台休眠
  指定信号的方法 :
  ? (1) 信号的数字标识：1, 2, 9
  ? (2) 信号完整名称：SIGHUP
  ? (3) 信号的简写名称：HUP
• 按PID：kill [-SIGNAL] pid …
  ? kill –n SIGNAL pid
  ? kill –s SIGNAL pid
• 按名称：killall [-SIGNAL] comm…
• 按模式：pkill [options] pattern ? -SIGNAL ?-u uid: effective user，生效者 ?-U uid: real user，真正发起运行命令者 ?-t terminal: 与指定终端相关的进程 ?-l: 显示进程名（pgrep可用） ?-a: 显示完整格式的进程名（pgrep可用） ?-P pid: 显示指定进程的子进程

作业管理

• Linux的作业控制
  ? 前台作业：通过终端启动，且启动后一直占据终端
  ? 后台作业：可通过终端启动，但启动后即转入后台运行（释放终端）
• 让作业运行于后台
  ? (1) 运行中的作业： Ctrl+z
  ? (2) 尚未启动的作业： COMMAND &
• 后台作业虽然被送往后台运行，但其依然与终端相关；退出终端，将关闭后台作业。如果希望
  送往后台后，剥离与终端的关系
  ? nohup COMMAND &>/dev/null &
  ? screen；COMMAND
• 查看当前终端所有作业：jobs
• 作业控制：
  ? fg [[%]JOB_NUM]：把指定的后台作业调回前台
  ? bg [[%]JOB_NUM]：让送往后台的作业在后台继续运行
  ? kill [%JOB_NUM]： 终止指定的作业

并行运行

• 同时运行多个进程，提高效率
• 方法1
  ?vi all.sh
  ? f1.sh&
  ? f2.sh&
• 方法2
  ? (f1.sh&);(f2.sh&);(f3.sh&)
• 方法3
  ? { f1.sh& f2.sh& f3.sh& }