进程管理详解

Posted 2020-08-09

一、进程概述

1、进程的概念

       用户通过执行命令，将程序提起到内存中运行，运行中的程序即称为进程。内核为了方便管理，根据内核发起者的权限、属性等参数，为每个进程设置一个独立的PID号，通过PID号来判断进程的权限。

2、进程的分类：

       2.1根据进程与终端的关系划分：

              守护进程：在系统引导过程中启动的进程，与终端无关的进程

              交互式进程（用户进程）：用户通过终端启动的进程

              在终端上运行的进程，可以被送往后台，以守护进程的模式运行。

       2.2根据系统资源的占用比划分：

              CPU密集型：CPU-Bound，在分配优先级时，因其会占用较多的CPU资源，应给其分配较低的优先级

              IO密集型：IO-Bound，在分配优先级时，应给其分配较高的优先级

3、进程的属性：

       进程的ID（PID）：进程的唯一标识

       启动进程的用户ID和属组ID：进程在运行时，为了完成任务需要访问到某些文件。内核如何判断进程是否具有访问权限呢？有两种情况：一、被发起为进程的程序不具有SGID权限，在此情况下，内核根据进程发起者的属主和属组对该文件是权限来判断；二、程序具有SGID权限，内核根据程序文件的属主和属组对该文件的权限来判断。

       父进程及父进程的ID（PPID）：

       进程状态

       进程执行优先级

       进程所连接的终端名

       进程资源占用比：如CPU占用百分比、内存占用百分比

       2.1）进程的父子关系

              进程由其父进程创建。父进程出于完成复杂任务的需要，创建子进程。子进程也可以创建自己的子进程。

              在CentOS6系列中，系统在启动之后，会加载运行内核代码，在内核控制系统之后，由内核创建进程，内核创建的第一个进程为init进程，init进程创建完成，意味着内核空间创建完成，用户空间也创建完成，之后由init进程接管系统，init进程为系统上所有进程的父进程。内核则退居幕后，只负责特权级操作。

         父进程如何创建子进程：父进程通过fork-and-exec流程来创建子进程。首先以fork的方式复制一个与父进程相同的暂存进程，之后暂存进程以exec的方式加载实际要执行的进程。

              例：创建一个ping.sh脚本，其功能为通过ping命令判断192.168.1.200主机是否可达。脚本创建完成之后，运行脚本，之后脚本以子进程的形式运行ping命令。

 

                   写时复制机制（COW）：子进程指向的内存空间同父进程，一旦子进程需要修改父进程的数据，这时父进程会将数据复制到空闲的内存空间中，同时告知子进程在新内存空间中进程操作，这样的机制就称为写时复制。

       2.2）进程的状态

              运行态：正在运行的进程，running

              就绪态：可以被允许但没被允许，用ready标识

              睡眠态：

                     可中断睡眠：interruptable

                     不可中断睡眠：进程发起I/O请求，内核在接到请求到完成请求响应之间，会将进程的状态调整为不可中断睡眠态，用uninterruptable标识

                            在什么情况下进程会被中断：进程为了完成任务，发起I/O请求，但进程请求的数据在内存中没有，此时进程会像内核提起请求，内核从磁盘中将该数据加载至内核的内存空间中，再将数据从内核内存空间复制至进程的内存空间。在这一过程中，进程处于中断状态。

              停止态：暂停于内存中，单不会被调度，除非手动启动，用stopped标识

              僵死态：一般情况下，子进程生命周期结束后都由父进程进行销毁。但当子进程的父进程被杀死之后，父进程未指定如何处理子进程，该子进程会进入僵死态，直至被init进程处理。用Zombie标识

              处于僵死态的进程会占用内存空间，若此类进程出现多个，则有可能造成内存空间不足。

       2.3）进程优先级

              进程优先级用于标识进程的运行次序。由内核负责调度

              进程优先级分类：

                     系统优先级：0-139

                            实时优先级：1-99。数值越大，优先级越高

                            静态优先级：100-139。用户可以调度，数值越小，越优级越高

                     优先级的Nice值：-20-19，与静态优先级一一对应，数值越小，越优级越高

              可通过调整Nice值来改变进程的优先级。但普通用户只能调低优先级，root则不受限。

4、进程队列

       CPU时间片：将CPU时间分割成片，每个进程占用一个时间片，时间片耗完之后，切换至下一个进程。

       运行在CPU的进程根据运行状态被分别保存至CPU中的运行队列和过期队列中。

       运行队列有等待被运行的进程组成。

       进程运行之后，被划分到过期队列中。

       当运行队列中的所有进程都被允许之后，运行队列被清空，此时，运行队列会被转换为过期队列，过期队列则相应地转换为运行队列。

5、进程间通信： Inter Process Communication(IPC)

       5.1 linux进程间通信方式：

       1）管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；

       2）信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction。

       3）报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

       4）共享内存（ShareMemory）：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。

       5）信号量（Semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。

       6）套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。Linux和System V的变种都支持套接字。

             socket由ip:port构成，端口用于标识主机上的进程。

             已建立连接的套接字由client ip:sort<--->server ip:port

             监听模式：无论是否有访问请求，都开启进程，并监听在某ip:port上，着被称为LISTEN机制。

       5.2不同主机进程间通信：

              基于Socket实现不同主机间进程通信。

Socket文件存source_ip,source_port,des_ip,des_port。进程P1通过open socket文件，请求发起同PC2的P2进程间通信，通信结束之后，close socket文件。

二、进程查找

1、ps [options] | Pattern：灵活的查找方式

例：查找root用户发起的进程

例：查找http服务相关的进程

2、pgrep：按预定义的模式搜索进程

              pgrep [options] pattern

                     -u uid ：effective user

                     -U user：realuser

                     -t Terminal：与指定的终端相关的进程

                     -l ：显示进程名

                     -a ：显示完整格式的进程名

                     -P pid：显示此进程的子进程

例：查找root用户的进程并显示进程名

3、pidof：查找正在运行的进程的id

三、进程观察

1、pstree：以树型图查看当前系统进程

       pstree -p：显示进程树，同时显示进程id号

2、ps命令：以快照的方式报告当前进程的状态信息

              内核的状态信息保存在/proc/目录中，进程的信息也保存在/proc目录下，并以pid号的方式保存为目录

       2.1）ps命令的选项有三种风格：

              UNIX风格：-a，短选项

              BSD风格：a，不加-

              GNU风格：--all，长选项

       2.2）启动进程的方式：

              系统启动过程中自动启动：与终端无关的进程

              用户通过终端启动：与终端相关的进程

       2.3)ps选项

              a：所有与终端相关的进程

              x：所有与终端无关的进程

              u：以用户为中心组织进行状态信息显示

              2.3.1）常用组合之一：aux

例：

依次可以查看到

         进程的发起者（USER），进程id（PID），CPU占有率（%CPU），内存占用率（%MEM），虚拟内存集（VSZ），常驻内存集（RSS），在哪个终端启动（TTY），进程状态（STAT），进程开始时间（START），进程CPU占用时间（TIME），发起进程的命令（COMMAND）

              STAT：进程的状态。进程状态分类如下：

                                   R：running                             

                                   S：interruptable sleeping            

                                   D：uninterruptable sleeping       

                                   T：stopped                                    

                                   Z：Zombie                                    

                                   +：前台进程

                                   l：多线程进程

                                   N：低优先级进程

                                   <：高优先级进程

                                   s：session leader

 

              2.3.2）常用组合之二：-ef

                     -e：显示所有进程

                     -f：显示完整格式的进程信息

依次可以看到进程发起者、进程id、进程的父进程id、CPU占用百分比、进程发起时间、进程发起终端、CPU占用时长、发起进程命令

              2.3.3）常用组合之三：-eFH

                     -F：显示完整格式的进程信息

                                   C：（cpu utilization） cpu占用百分比

                                   PSR：运行于哪颗CPU之上

                     -H：以层级结构显示进程的相关信息

              2.3.4）常用组合之四：

                            o field1，field2....：自定义要显示的字段列表，以逗号分隔

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

                                          ni：nice至-20---19

                                                   对应优先级的100-139

                                                   越小越优先

                                          pri：priority 优先级

                                          rtprio：real time priority实时优先级

                            -eo：

                            -axo：

例：自定义显示进程的ID，进程的父进程ID，命令，Nice值，进程优先级，实时优先级，cpu占用率，进程状态信息

3、uptime命令：

              显示系统时间、允许时长、平均负载

              平均负载：过去1分钟、过去5分钟、过去15分钟CPU等待运行的进程队列的长度。

4、top命令：实时查看进程信息的变化

首部信息：

       第一行显示的信息：依次

              *当前系统时间

              *开机到当前所经过的时间

              *已登陆系统的使用者人数

              *uptime命令的结果显示，表示系统在1,5,15分钟的平均工资负载，即CPU运行队列里的进程个数

              通过l命令显示或关闭

       第二行显示的信息：显示当前系统上运行的进程总数，以及每个状态的进程个数。如果zombie数目不为0，则应当检查下是哪个进程变成僵尸，及时进行清理，避免占用内存。

       第三行显示的信息：显示CPU的整体负载情况。依次分别显示用户空间进程占用的CPU百分比(%us)、系统空间进程占用的CPU空间百分比(%sy)、调整进程Nice值所耗的CPU时间(%ni)、空闲的CPU百分比(%id)、等待I/O的CPU百分比(%wa)、硬中断所耗CPU(%hi)、软中断所耗CPU(%si)、被虚拟机偷走的时间(5ST)

              tasks及cpu信息：可以使用t命令显示或关闭

       最后两行显示内存信息：

              m命令显示或关闭

top下半部分，显示每个进程占用的系统资源情况。依次为

       PID：进程id

       USER：进程发起者

       PR：进程优先级

       NI：进程Nice值

       VIRT：进程占用的RSS和SWAP空间总和

       RES：进程使用的非交换分区的物理内存

       SHR：进程占用的共享内存空间大小

       S：Stat，即进程的状态

       %CPU：进程CPU占用百分比

       %MEM：进程内存占用百分比

       TIME+：进程占用的CPU时间总和

       COMMAN：进程的命令

 

对显示的信息进行排序：

       P：以占据的CPU百分比排序（默认）

       M：以占据的内存百分比排序

       T：以累计占用的cpu时间排序

退出命令：q

改变刷新时间间隔：s，默认为3秒

终止指定的进程：k

 

选项：

       d #：指定刷新时间间隔、运行时长及平均负载

       -b：以批次方式显示

       -n #：显示多少批次

如何将top的信息保存至文本中

例：将top的信息显示2次，保存至文本中

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

 

5、htop命令：类似于top命令

       选项：

              -d #：指定延迟时间间隔

              -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：

              l：显示选定的进程打开的文件列表

              s：跟踪选定的进程的系统调用

              t：以层级关系显示各进程状态

              a：将选定的进程绑定至某指定的cpu核心

             

       F1：查看帮助

       F2：设置htop

6、vmstat：

       vmstat [options] [delay] [count]

              procs:

                     r：等待运行的进程的个数；cpu上等待运行的任务的队列长度

                     b：处于不可中断睡眠态的进程个数；被阻塞的任务队列的长度

              memory：

                     swpd：交换内存使用总量

                     free：空闲的物理内存总量

                     buffer：用于buffer（缓冲）的内存总量

                     cache：用于cache（缓存）的内存总量

              swap：

                     si：数据进入swap中的数据速率(kb/s)

                     so:数据离开swap的速率(kb/s)

              io

                     bi：从块设备读入数据到系统的速度(kb/s)

                     bo：保存数据至块设备的速率(kb/s)

              system：

                     in：interrupt，中断速率

                     cs：context switch，上下文切换的速率

              cpu

                     us：user space

                     sy：system space

                     id：idle space

                     wa：wait time

                     st：stolen time

              选项：

                     -s  显示内存统计数据

7、pmap命令：

       报告进程的内存映射表

       pmap [options] PID

              -x|--extended：显示详细信息

       另一种查看方式进程的内存映射表:cat /proc/PID/maps

8、glances命令：

需要通过epel源进行安装，支持c/s模式进行远程查看（可被监控系统代替）

       常用选项：

              -b：以Byte为单位显示网上数据速率

              -d：关闭磁盘I/O模块

              -m：关闭mount模块

              -n：关闭network模块

              -t #：指定刷新时间间隔

              -1：每个cpu的相关数据单独显示

              -o {html|CSV}：指定输出格式

              -f /Path/to/someDIR：设定输出文件的目录（注意，不要指定文件名）

       C/S模式下运行glances命令：

              服务模式：

                     glances -s -B IPADDR(本机的某个IP地址，用于监听服务)

              客户端模式：

                     glances -c IPADDR（指定远程服务器的地址）

9、dstat：使用前需要安装，在base源中

       dstat是一个可以取代vmstat、iostat、netstat、ifstat的多功能程序，克服了这些命令的局限性，增加了监控项。可以灵活地监控系统运行状态并依此进程故障排除。

       dstat能实时地查看所有系统资源，例如通过统计IDE控制器当前状态来比较磁盘利用率，或者直接通过网络带宽数值来比较磁盘的吞吐率。

9.1 dstat的默认输出：

默认输出显示的信息：

CPU状态：CPU的使用率。这项报告更有趣的部分是显示了用户，系统和空闲部分，这更好地分析了CPU当前的使用状况。如果你看到"wait"一栏中，CPU的状态是一个高使用率值，那说明系统存在一些其它问题。当CPU的状态处在"waits"时，那是因为它正在等待I/O设备（例如内存，磁盘或者网络）的响应而且还没有收到。

磁盘统计：磁盘的读写操作，这一栏显示磁盘的读、写总数。

网络统计：网络设备发送和接受的数据，这一栏显示的网络收、发数据总数。

分页统计：系统的分页活动。分页指的是一种内存管理技术用于查找系统场景，一个较大的分页表明系统正在使用大量的交换空间，或者说内存非常分散，大多数情况下你都希望看到page in（换入）和page out（换出）的值是0 0。

系统统计：这一项显示的是中断（int）和上下文切换（csw）。这项统计仅在有比较基线时才有意义。这一栏中较高的统计值通常表示大量的进程造成拥塞，需要对CPU进行关注。服务器一般情况下都会运行运行一些程序，所以这项总是显示一些数值。

9.2指定监控时长和监控次数：

例：指定监控时长为2秒，共监控5次

 

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

       常用选项：

       -c|--cpu：显示cpu相关信息

              -C #，#，#...,total：显示指定的哪颗cpu信息，或总的cpu信息

       -d|--disk：显示磁盘的相关信息

              -D sda，sdb...,total：显示指定的磁盘的相关信息，或总的磁盘信息

       -g：显示page in/out速率数据

       -m：Memory相关的统计数据

       -n：Interface相关的统计数据

例：每隔2秒统计网络信息，个统计5次

       -p：显示process的相关统计数据

       -r：显示io请求的相关的统计数据

       -s：显示swapped的相关统计数据

       --tcp：显示常用的tcp统计数据

       --udp：显示监听的udp统计数据

       --raw

       --socket：显示网络统计数据

例：

       --ipc：message queue, semaphores, shared memory；查看报文队列，信号量，关系内存信息。

                    

 

根据资源占用比显示进程

       --top-cpu：指出CPU占用最大的进程

       --top-io：指出正常I/O最大的进程

       --top-mem  ：显示占用最多内存的进程

       --disk-util：显示某一时间磁盘的忙碌状况

       --freespace：显示当前磁盘空间使用率

       --proc-count：显示正在运行的进程数量

       --top-bio：指出块I/O最大的进程

例：

例：查看全部内存都有谁在占用

例：查看CPU资源损耗的数据

注：单独显示进程数时是以白色显示，若背景为白色则无法看清，调整背景即可

例：每隔2秒获取磁盘IO情况，共获取5次，并保存至文本中

四、进程管理

1、kill命令：用于向进程发送信号，以实现对进程的管理

kill -l [signal]：查看信号类别

常用信号：

       1）SIGUP：无需关闭进程而让其重读配置文件。在生产环境中，重启服务的操作会终止业务，应被谨慎对待。

       2）SIGINT：终止正在运行的进程，相当于ctrl + c

       9）SIGKILL：杀死正在运行中的进程

       15）SIGTERM：终止运行中的后台进程

       18）SIGCONT：让在后台中处于停止状态的进程在后台中继续进程，比如cp 大文件时。注：需要占用前台的进程无法通过此命令恢复运行，可使用fg命令

       19）SIGSTOP：类似于对进程发送ctrl + z信号

 

每个信号的标识方法有三种：

       1）、信号的数字表示

       2）、信号的完整名称

       3）、信号的简写名称

             

如何向进程发信号

       kill [-s signal|-SIGNAL]  pid

例： kill掉ping 10.1.0.1这个进程

       

       

2、killall命令：根据进程名来杀死进程

       killall [-SIGNAL] program

       例：killall httpd

注意：会杀死所有httpd进程，若不期望kill所有，应使用kill