linux进程管理及工具的讲解

客官°小女子只卖身不卖艺 2022-05-25 03:59 256阅读 0赞

#### 首言 ####

计算机实际上可以做的事情实质上非常简单，比如计算两个数的和，再比如在内存中寻找某个地址等等。这些最基础的计算机动作被称为指令。所谓的程序，就是这样一系列指令所构成的集合。通过程序，我们可以让计算机完成复杂的操作。程序大多数时候被存储为可执行的文件。  
进程是程序的一个具体实现，同一个程序可以被执行多次，每次都可以在内存中开辟独立的空间来装载，从而产生多个进程。不同的进程号可以拥有各自独立的IO接口。操作系统的一个重要功能就是为进程提供方便，比如说为进程分配内存空间，管理进程的相关信息等等。  
linux是一种动态系统，能够适应不断变化的计算需求。linux计算需求的表现是以进程的通用抽象为中心的。进程可以是短期的（从命令行执行的一个命令），也可以是长期的（一种网络服务）。因此，对进程及其调度进行一般管理就显得极为重要。  
在用户空间，进程是由进程标识符（PID）表示的。从用户的角度来看，一个PID是一个数字值，可唯一标识一个进程。一个PID在进程的整个生命期间不会更改，单PID可以在进程销毁后被重新使用。

程序：保存在硬盘，光盘等介质中的可执行代码和数据；是静态保存的代码  
进程：在cpu及内存中运行的动态执行的程序代码  
同一个程序可能对应多个进程  
线程：有时被称为轻量级进程，时程序执行流的最小单位  
每个运行中的程序就是一个进程，当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

#### 一 进程和线程的区别 ####

他们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径，线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有独立的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉。所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。  
（1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间互相独立，同一进程的各线程间共享。  
（2）通信：进程间通信：共享内存，信号等；线程间通信可以直接读写进程数据段（如全局变量）来通信–需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。  
（3）调度和切换：线程上下文切换要比进程上下文切换快的多。  
（4）在多线程的OS中，进程不是一个可执行的实体。？？？？

进程被存放在叫做任务链表（task list）的双向循环链表中，linux内核存储进程信息的固定格式：task struct  
进程上下文切换：指多任务系统中，CPU的控制权由运行任务，转移到另外一个就绪任务时所发生的时间；当前运行任务转为就绪（或者挂起，删除）状态，另外一个被选定的就绪任务成为当前任务。  
![这里写图片描述][70]  
![这里写图片描述][70 1]

#### 二 进程创建 ####

在linux系统中，所有进程都是PID为1的init进程的后代。内核在启动的最后阶段启动init进程。该进程读取系统的初始化脚本，并执行其他的相关程序，最终完成系统启动的整个进程。  
进程是系统中基本的执行单位（线程是最小的调度单位），可以利用fork函数创建一个新的进程。

pid_t fork(void)

fork()函数不需要参数，但返回两次，返回值有三种情况：  
（1）对于父进程，fork函数返回新的子进程ID。  
（2）对于子进程，fork函数执行成功返回0  
（3）如果出错，fork函数返回-1

内核采用写时复制技术，fork函数创建一个新的进程，并从内核中为此进程得到一个新的可用进程ID，之后，为这个新进程分配进程空间，并将父进程的进程空间中的内容复制到子进程的进程空间中，包括父进程的数据段+堆栈段，并与父进程共享代码段。  
fork函数之后，子进程从等待fork返回开始执行，而不是从头开始。  
注意：子进程完全复制了父进程的地址空间的内容，包括堆栈段+数据段的内容。但是，子进程并没有复制代码段，而是和父进程共享代码段。代码段是只读的，不存在修改的问题，因此可以共用。在创建一个子进程后，子进程的地址空间和父进程分开，父子进程是两个独立的进程。

linux环境下提供一个和fork函数类似的函数，可以用来创建一个共用父进程地址空间的子进程

pid_t vfork();

（1）vfork产生的子进程和父进程完全共享地址空间，包括代码段+数据段+堆栈段。子进程对共享资源进行的修改，也会影响到父进程。  
（2）vfork函数产生的子进程一定比父进程先运行。即父进程调用了vfork函数后会等待子进程运行后再运行。

#### 三 进程优先级 ####

PRI（0-139：)
        1-99：实时优先级；
        100-139：静态优先级；数字越小，优先级越高；
            Nice值：-20，19，表示进程可被执行的优先级的修正数值。加入nice值后，
            将会使得PRI变为：PRI（new）=PRI（old）+nice。普通用户只能使用+nice，
            系统管理员可以使用所有。

#### 四 内存划分为：用户空间和内核空间 ####

在用户空间里运行的进程，就是用户进程，所属的状态为用户态  
在内核空间里运行的进程，就是内核进程，所属的状态为内核态  
例：执行内核里的代码的时候，就是数与内核态。  
linux的kernel其实就是一个软件，比较核心而已。  
内核作用：进程管理，文件系统，网络功能，内存管理，驱动程序，安全功能

#### 五 linux内核：抢占式多任务 ####

进程类型：
      守护进程：在系统引导过程中启动的进程，跟终端无关的进程；
      前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程
        注意：也可把再前台启动的进程送往后后台，以守护进程模式运行；
    
    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，暂停于内存中，但不会被调度，除非手动启动；
      僵死态：zombie
    
    进程的分类：
      CPU-Bound
      IO-Bound

#### 六 Linux进程查看及管理的工具 ####

##### pstree #####

pstree - display a tree of process
    pstree -p ：显示其pid
    
    注意：使用{}的是进程的线程

![这里写图片描述][70 2]

##### ps: process state #####

ps - report a snapshot of the current process
    查看静态的进程统计信息
    linux系统各进程相关信息均保存再/proc/PID目录下的各文件中；
    
    ps [options]...
      常用组合：aux
        u：以用户为中心组织进程状态信息显示；
        a：与终端相关的进程；
        x：与终端无关的进程；
        p]# ps aux
        USER  PID %CPU %MEM  VSZ  RSS TTY  STAT START  TIME COMMAND
          VSZ：Virtual memry SiZe，虚拟内存集
          RSS：ReSident Size，常驻内存集
          STAT：进程状态
            R：running  S：interruptable sleeping
            D： uninteruptable 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
    
      常用组合：-ef
        -e：显示所有进程
        -f：显示完整格式程序信息
    
      常用组合：-eFH
        -F：显示完整格式的进程信息
        -H：以进程层级结构格式显示进程相关信息
    
      常用组合： -eo ，axo 自定义显示项
        -eo pid，tid，class，rtprio，ni，pri，psr，pcpu，stat，comm
        0axo stat，euid，ruid，tty，tpgid，sess，pgrp，ppid，pid，pcpu，comm
          ni：nice值
          pri：priority，优先级
          psr：processor，CPU
          rtprio：实时优先级

![这里写图片描述][70 3]

##### pgrep pkill #####

pgrep [options] pattern
    pkill [options] pattern
      -u uid: effective user   -U uid: real user   -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：显示其父进程为此处指定的进程的进程列表

##### pidof #####

根据进程名获取其PID；  
![这里写图片描述][70 4]

##### top #####

排序：  P：以占据CPU百分比；
           M：占据内存百分比；
           T：累积占据CPU时长；
    
    首部信息提示： uptime信息： l命令
                 tasks及cpu信息：t命令
                    CPU分别显示：1
                 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

![这里写图片描述][70 5]

解析：load average：0.06,0.60,0.48
    表示系统负载，即任务队列的平均长度。
    三个数值分别为1分钟，5分钟，15分钟前到现在的平均值。
    
    w和uptime也可以查看top的顶头信息

![这里写图片描述][70 6]

##### htop #####

**下载地址：[https://mirrors.aliyun.com/epel/][https_mirrors.aliyun.com_epel]**

选项：
      -d #：指定延迟时间；   -u UserName：仅显示指定用户的进程；   -s COLOMN：以指定字段进行排序； 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

![这里写图片描述][70 7]

##### vmstat命令 #####

**显示虚拟内存状态**  
**用法： vmstat \[options\] \[delay \[count\]\]**

procs:  r：等待运行的进程的个数；
            b：处于不可终端睡眠态的进程的个数；
    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：数据进入swap中的数据速率（kb/s）
            so：数据离开swap中的数据速率（kb/s）
    io：   bi：从块设备读入数据到系统的速率；
           bo：保存数据至块设备的速率；
    system： in：interrupts，中断速率；
             cs：context switch，进程切换速率；

**选项： -s：显示内存的统计数据 /proc/meminfo**  
![这里写图片描述][70 8]

##### kill命令 #####

向进程发送控制信号，以实现对进程管理
    显示当前系统可用信号：
      # kill -l
      # man 7 signal
    
    常用信号： 
      1）SIGHUP：无须关闭进程而让其重度配置文件；
      2）SIGINT：终止正在运行的进程，相当于Ctrl+c
      9）SIGKILL：杀死正在运行的进程；
      15）SIGTERM：终止正在运行的进程；
    
    指定信号的方法：
      （1）信号的数字标示：1，2，9
      （2）信号完整名称：SIGHUP
      （3）信号的简写名称：HUP
    
    向进程发信号：
      kill [-SIGNAL] PID...
    
    终止“名称“之下的所有进程：
      killall [-SIGNAL] Program

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[70 3]: /images/20220525/58106183b9934b0db4847e9e4d7314b7.png
[70 4]: /images/20220525/6d70eed03fba4338aea17b25bd9d3ab3.png
[70 5]: /images/20220525/752acd3a249046a797959b86b108cfd1.png
[70 6]: /images/20220525/9820934743384e2aa03ec23bb835937d.png
[https_mirrors.aliyun.com_epel]: https://mirrors.aliyun.com/epel/
[70 7]: /images/20220525/74954b8278d94190aa3ac7867f9437ad.png
[70 8]: /images/20220525/8ee71de61fed496499f4032bd9c5c94c.png