Linux进程管理(一)

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进程基本概述 进程是已启动的可执行程序的运行中实例。

/proc目录下以数字为名的目录,每一个目录代表一个进程,保存着进程的属性信息。每一个进程的PID是唯一的,就算进程退出了,其它进程也不会占用其PID。

进程的组成部分

已分配内存的地址空间 安全属性,包括所有权凭据和特权 程序代码的一个或多个执行线程 进程状态

进程的环境

本地和全局变量 当前调度上下文 分配的系统资源,如文件描述符和网络端口

进程的产生

现有的(父)进程复制自己的地址空间(fork)来创建一个新的(子)进程结构。 每个新进程分配有一个唯一的进程ID(PID),满足跟踪和安全性之需。PID与父进程ID(PPID)是新进程环境的元素。

任何进程可创建子进程。所有进程都是第一个系统进程的后代。RHEL7上,第一个系统进程是systemd。

通过fork例程,子进程继承安全性身份、过去和当前的文件描述符、端口和资源特权、环境变量,以及程序代码。随后,子进程可能exec其自己的程序代码。通常,父进程在子进程运行期间处于睡眠状态,设置一个在子进程完成时发出信号的请求(wait)。在退出时,子进程可能已经关闭或丢弃了其资源和环境,剩余的部分被称作僵停。父进程在子进程退出时收到信号而被唤醒,清理剩余结构,然后继续执行其自己的程序代码。

进程的分类 前台进程:与终端相关的进程,通过终端启动的进程 注意:也可把在前台启动的进程送往后台,以守护模式运行 守护进程:daemon,与终端无关的进程(如内核),在系统引导过程中启动的进程 Excuting 运行态 Ready 就绪态,也可以称作睡眠态 Uninterruptible sleep 不可中断的睡眠。不可随时唤醒,只有当IO资源加载成功后才能唤醒
Interruptible sleep|可中断的睡眠。可随时唤醒

Zombie |僵尸进程。正常运行结束了,但是不释放占据的内存 Stopped |停止态,暂停于内存中,但不会被调度,除非手动启动之

进程睡眠的原因: 当一个执行中的进程,需要加载额外的IO资源的时候,由于IO设备的速度太慢,所以会转入睡眠状态等待,交出CPU给其他进程,以免浪费剩余执行时间

在多任务处理操作系统中,每个CPU(或CPU核心)在一个时间点上处理一个进程。在进程运行时,它对CPU时间和资源分配的直接要求会有变化。进程分配有一个状态,它随着环境要求而改变。

Linux进程状态 标志 内核定义的状态名称和描述 R TASK_RUNNING:进程正在CPU上执行,或者正在等待运行。处于运行中(或可运行)状态时,进程可能正在执行用户例程或内核例程(系统调用),或者已排队并就绪 S TASK_INTERRUPTIBLE:进程处于睡眠状态且正在等待某一条件:硬件请求、系统资源访问或信号。当事件或信号满足该条件时,该进程将返回到运行中 D TASK_UNINTERRUPTIBLE:此进程也在睡眠,但与S状态不同,不会响应传递的信号。仅在特定的条件下使用,其中进程中断可能会导致意外的设备状态 K TASK_KILLABLE:进程处于睡眠状态,与不可中断的D状态相同,但有所修改,允许等待中的任务通过响应信号而被中断(彻底退出)。实用程序通常将可中断的进程显示为D状态 T TASK_STOPPED:进程已被停止(暂停),通常是通过用户或其他进程发出的信号。进程可以通过另一信号返回到运行中状态,继续执行(恢复) T TASK_TRACED:正在被调试的进程也会临时停止,并且共享同一个T状态标志 Z EXIT_ZOMBIE:子进程在退出时向父进程发出信号。除进程身份(PID)之外的所有资源都已释放 X EXIT_DEAD:当父进程清理(获取)剩余的子进程结构时,进程现在已彻底释放。此状态从不会在进程列出实用程序中看到 < 高优先级进程 N 低优先级进程 + 前台进程组中的进程 | 多线程进程 s 会话进程首进程 进程优先级 linux进程调度与多任务

现代计算机系统中既包含每次只能执行一个指令的低端处理器,也包含高性能超级计算机,这些超级计算机每台配备数百个CPU,每个CPU上具有多个核心,它们可以并行执行数以百计的指令。但是所有这些系统往往具有一个共同点:它们需要运行的进程数量总是超出实际具有的核心数。

通过时间分片技术,Linux(和其他操作系统)实际能够运行的进程数(和线程数)可以超出可用的实际处理单元数。操作系统进程调度程序将在单个核心上的进程之间进行快速切换,从而给用户一种有多个进程在同时运行的印象。

执行此切换的Linux内核部分称为进程调度程序。

进程优先级

进程优先级范围:0-139,数字越小,优先级越高 0-99:实时优先级,内核调整 100-139:静态优先级,用户可控制 进程优先级高的特点: 获得更多的CPU运行时间 更优先获得CPU运行的机会 要修改进程的优先级可以通过调整进程的nice值来实现,nice值越小,优先级越高: nice值的范围是(-20,19),-20对应100,19对应139

相对优先级

由于不是每种进程都与其他进程同样重要,可告知调度程序为不同的进程使用不同的调度策略。常规系统上运行的大多数进程所使用的调度策略称为SCHED_OTHER(也称为SCHED_NORMAL),但还有一些其他策略可用于不同的目的。

由于并非所有进程都以同样的方式创建,可为采用SCHED_NORMAL策略运行的进程指定相对优先级。此优先级称为进程的nice值。一个进程可以有40种不同级别的nice值。

这些nice级别的范围是从-20到19。默认情况下,进程将继承其父进程的nice级别,通常为0

nice级别越高,表示优先级越低(该进程容易将其CPU使用量让给其他进程) nice级别越低,表示优先级越高(该进程更加不倾向于让出CPU) 如果不存在资源争用(例如当活动进程数少于可用CPU核心数时),即使nice级别高的进程也将仍使用它们可使用的所有可用CPU资源。但当请求CPU时间的进程数超过可用核心数时,nice级别较高的进程将比nice级别较低的进程收到更少的CPU时间

nice级别与权限

为很占CPU资源的进程设置较低的nice级别可能会对同一系统上运行的其他进程的性能造成负面影响,所以仅允许root用户设置负nice级别以及降低现有进程的nice级别。

普通非特权用户仅允许设置正的nice级别。只能对现有进程提升nice级别,而不能降低nice级别。

进程优先级调整 进程优先级调整:调整nice值 调整已经启动的进程的nice值: renice NI PID(例:renice 3 3704)
[root@hostnamectl ~]# ps elf
F   UID    PID   PPID PRI  NI    VSZ   RSS WCHAN  STAT TTY        TIME COMMAND
4     0   1446   1406  20   0 115724  2344 do_wai Ss   pts/0      0:00 -bash USER=root LOG
4     0   2340   1446  20   0 126236  1876 do_sig T    pts/0      0:00  \_ vi a XDG_SESSIO  //nice值0 ,pri 20,pid 2340
0     0   2341   1446  20   0 148936  1448 -      R+   pts/0      0:00  \_ ps elf XDG_SESS
4     0    826      1  20   0 110044   820 n_tty_ Ss+  tty1       0:00 /sbin/agetty --nocl

[root@hostnamectl ~]# renice 10 2340
2340 (进程 ID) 旧优先级为 0,新优先级为 10
[root@hostnamectl ~]# ps elf
F   UID    PID   PPID PRI  NI    VSZ   RSS WCHAN  STAT TTY        TIME COMMAND
4     0   1446   1406  20   0 115724  2344 do_wai Ss   pts/0      0:00 -bash USER=root LOG
4     0   2340   1446  30  10 126236  1876 do_sig TN   pts/0      0:00  \_ vi a XDG_SESSIO //nice值10 ,pri 30,pid 2340
0     0   2356   1446  20   0 148936  1448 -      R+   pts/0      0:00  \_ ps elf XDG_SESS
4     0    826      1  20   0 110044   820 n_tty_ Ss+  tty1       0:00 /sbin/agetty --noc
在启动时指定nice值:(-20,19) nice -n NI COMMAND
[root@hostnamectl ~]# nice -n -20 vi b

[root@hostnamectl ~]# ps elf
F   UID    PID   PPID PRI  NI    VSZ   RSS WCHAN  STAT TTY        TIME COMMAND
4     0   2363   2359  20   0 115524  2112 do_wai Ss   pts/1      0:00 -bash USER=root LOG
0     0   2380   2363  20   0 148936  1452 -      R+   pts/1      0:00  \_ ps elf XDG_SESS
4     0   1446   1406  20   0 115724  2344 do_wai Ss   pts/0      0:00 -bash USER=root LOG
4     0   2340   1446  30  10 126236  1876 do_sig TN   pts/0      0:00  \_ vi a XDG_SESSIO
4     0   2358   1446   0 -20 126232  1792 poll_s S<+  pts/0      0:00  \_ vi b XDG_SESSIO
4     0    826      1  20   0 110044   820 n_tty_ Ss+  tty1       0:00 /sbin/agetty --nocl
进程管理命令

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

ps ps(process state)命令用于列出当前的进程。可以显示详细的进程信息,包括: 用户识别符(UID),它确定进程的特权 唯一进程识别符(PID) CPU和已经花费的实时时间 进程在各种位置上分配的内存数量 进程的位置STDOUT,称为控制终端 当前的进程状态
[root@hostnamectl ~]# ps
   PID TTY          TIME CMD
  1446 pts/0    00:00:00 bash
  2340 pts/0    00:00:00 vi
  2549 pts/0    00:00:00 vi
  2552 pts/0    00:00:00 vi
  2576 pts/0    00:00:00 ps

ps支持三种选项格式:

UNIX(POSIX)选项,可以分组但必须以连字符开头 BSD 选项,可以分组但不可与连字符同用 GNU 长选项,以双连字符开头

ps(process state),显示进程信息。注意事项:

加了[]中括号的,表示内核线程,通常位于顶部 exiting或defunct表示僵尸进程

aux结果解析:

VSZ Virtual memory SiZe,虚拟内存集 RSS ReSident Size,常驻内存集 STAT 进程状态 TIME 运行时的累积时长

ps命令结果解析:

NI nice值 PRI 优先级 PSR 进程运行在哪个CPU核心上 RTPTRIO 实时优先级 C 运行的CPU编号 STIME 进程的启动时间 VSZ Virtual memory SiZe,虚拟内存集 RSS ReSident Size,常驻内存集 STAT 进程状态 TIME 运行时的累积时长

常用选项:

a :显示所有与终端有关的进程

[root@hostnamectl ~]# ps a
   PID TTY      STAT   TIME COMMAND
   826 tty1     Ss+    0:00 /sbin/agetty --noclear tty1 linux
  1446 pts/0    Ss     0:00 -bash
  2340 pts/0    TN     0:00 vi a
  2363 pts/1    Ss+    0:00 -bash
  2405 pts/0    R+     0:00 ps a
u :显示进程是由哪个用户启动的
[root@hostnamectl ~]# ps au
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root        826  0.0  0.0 110044   820 tty1     Ss+  13:57   0:00 /sbin/agetty --noclear tty1 linux
root       1446  0.0  0.1 115724  2348 pts/0    Ss   13:57   0:00 -bash
root       2340  0.0  0.1 126236  1876 pts/0    TN   18:00   0:00 vi a
root       2363  0.0  0.1 115524  2112 pts/1    Ss+  18:06   0:00 -bash
root       2406  0.0  0.0 151064  1816 pts/0    R+   18:17   0:00 ps au
[root@hostnamectl ~]# 
x :显示所有与终端无关的进程
[root@hostnamectl ~]# ps x
   PID TTY      STAT   TIME COMMAND
     1 ?        Ss     0:01 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --system --deserialize 21
     2 ?        S      0:00 [kthreadd]
     3 ?        S      0:00 [ksoftirqd/0]
     5 ?        S<     0:00 [kworker/0:0H]
     7 ?        S      0:00 [migration/0]
     8 ?        S      0:00 [rcu_bh]
     9 ?        S      0:00 [rcu_sched]
    10 ?        S      0:00 [watchdog/0]
    11 ?        S      0:00 [watchdog/1]
    12 ?        S      0:00 [migration/1]
    13 ?        S      0:00 [ksoftirqd/1]
    15 ?        S<     0:00 [kworker/1:0H]
    16 ?        S      0:00 [watchdog/2]
    17 ?        S      0:00 [migration/2]
    18 ?        S      0:00 [ksoftirqd/2]
    20 ?        S<     0:00 [kworker/2:0H]
    21 ?        S      0:00 [watchdog/3]
    22 ?        S      0:00 [migration/3]
    23 ?        S      0:00 [ksoftirqd/3]
    25 ?        S<     0:00 [kworker/3:0H]
    27 ?        S      0:00 [kdevtmpfs]
    28 ?        S<     0:00 [netns]
-e :显示所有进程,与-A效果相同
[root@hostnamectl ~]# ps -e
   PID TTY          TIME CMD
     1 ?        00:00:01 systemd
     2 ?        00:00:00 kthreadd
     3 ?        00:00:00 ksoftirqd/0
     5 ?        00:00:00 kworker/0:0H
     7 ?        00:00:00 migration/0
     8 ?        00:00:00 rcu_bh
     9 ?        00:00:00 rcu_sched
    10 ?        00:00:00 watchdog/0
    11 ?        00:00:00 watchdog/1
    12 ?        00:00:00 migration/1
    13 ?        00:00:00 ksoftirqd/1
    15 ?        00:00:00 kworker/1:0H
    16 ?        00:00:00 watchdog/2
    17 ?        00:00:00 migration/2
    18 ?        00:00:00 ksoftirqd/2
    20 ?        00:00:00 kworker/2:0H
    21 ?        00:00:00 watchdog/3
    22 ?        00:00:00 migration/3
    23 ?        00:00:00 ksoftirqd/3
    25 ?        00:00:00 kworker/3:0H
    27 ?        00:00:00 kdevtmpfs
    28 ?        00:00:00 netns
    29 ?        00:00:00 khungtaskd
    30 ?        00:00:00 writeback
    31 ?        00:00:00 kintegrityd
    32 ?        00:00:00 bioset
    33 ?        00:00:00 kblockd
    34 ?        00:00:00 md
    35 ?        00:00:09 kworker/0:1
    41 ?        00:00:00 kswapd0
    42 ?        00:00:00 ksmd
    43 ?        00:00:00 khugepaged
    44 ?        00:00:00 crypto
-l :以长格式显示
[root@hostnamectl ~]# ps -l
F S   UID    PID   PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
4 S     0   1446   1406  0  80   0 - 28931 do_wai pts/0    00:00:00 bash
4 T     0   2340   1446  0  90  10 - 31559 do_sig pts/0    00:00:00 vi
0 R     0   2414   1446  0  80   0 - 37235 -      pts/0    00:00:00 ps
-F :显示更详细的完整格式的进程信息
[root@hostnamectl ~]# ps -F
UID         PID   PPID  C    SZ   RSS PSR STIME TTY          TIME CMD
root       1446   1406  0 28931  2348   2 13:57 pts/0    00:00:00 -bash
root       2340   1446  0 31559  1876   3 18:00 pts/0    00:00:00 vi a
root       2415   1446  0 37766  1784   3 18:21 pts/0    00:00:00 ps -F
j :工作的格式 (jobs format)
[root@hostnamectl ~]# ps j
  PPID    PID   PGID    SID TTY       TPGID STAT   UID   TIME COMMAND
     1    831    831    831 tty1        831 Ss+      0   0:00 /sbin/agetty --noclear tty1 linux
  1437   1441   1441   1441 pts/0      1441 Ss+      0   0:00 -bash
  1457   1462   1462   1462 pts/1      1558 Ss       0   0:00 -bash
  1462   1486   1486   1462 pts/1      1558 T        0   0:00 -bash
  1462   1498   1498   1462 pts/1      1558 T        0   0:00 -bash
  1486   1546   1486   1462 pts/1      1558 T        0   0:00 sleep 1
  1498   1552   1498   1462 pts/1      1558 T        0   0:00 sleep 1
  1462   1558   1558   1462 pts/1      1558 R+       0   0:00 ps j
[root@hostnamectl ~]# 
-H :以进程层级格式显示进程相关信息(PPDID是次子进程的父进程PID)
[root@hostnamectl ~]# ps -efH
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root          2      0  0 14:14 ?        00:00:00 [kthreadd]
root          3      2  0 14:14 ?        00:00:00   [ksoftirqd/0]
root          4      2  0 14:14 ?        00:00:00   [kworker/0:0]
root          5      2  0 14:14 ?        00:00:00   [kworker/0:0H]
root          6      2  0 14:14 ?        00:00:00   [kworker/u256:0]
root          7      2  0 14:14 ?        00:00:00   [migration/0]
root          8      2  0 14:14 ?        00:00:00   [rcu_bh]
root          9      2  0 14:14 ?        00:00:00   [rcu_sched]
root         10      2  0 14:14 ?        00:00:00   [watchdog/0]
root         11      2  0 14:14 ?        00:00:00   [watchdog/1]
root         12      2  0 14:14 ?        00:00:00   [migration/1]
root         13      2  0 14:14 ?        00:00:00   [ksoftirqd/1]
root         14      2  0 14:14 ?        00:00:00   [kworker/1:0]
root         15      2  0 14:14 ?        00:00:00   [kworker/1:0H]
-o :根据自己的需要选择要显示的字段
[root@hostnamectl ~]# ps -o pid,comm,ni     表示只显示进程号,命令,nice值三个字段
   PID COMMAND          NI
  1446 bash              0
  2340 vi               10
  2404 ps                0
pstree pstree用于显示当前系统上的进程树
[root@hostnamectl ~]# pstree
systemd─┬─NetworkManager─┬─dhclient
        │                └─2*[{NetworkManager}]
        ├─VGAuthService
        ├─agetty
        ├─auditd───{auditd}
        ├─chronyd
        ├─crond
        ├─dbus-daemon───{dbus-daemon}
        ├─firewalld───{firewalld}
        ├─irqbalance
        ├─lvmetad
        ├─master─┬─pickup
        │        └─qmgr
        ├─polkitd───5*[{polkitd}]
        ├─rhnsd
        ├─rhsmcertd
        ├─rsyslogd───2*[{rsyslogd}]
        ├─sshd─┬─sshd───bash─┬─pstree
        │      │             └─vi
        │      └─sshd───bash
        ├─systemd-journal
        ├─systemd-logind
        ├─systemd-udevd
        ├─tuned───4*[{tuned}]
        └─vmtoolsd───{vmtoolsd}
pgrep

以grep风格指定只显示哪些进程,在当前系统中找符合某些特性的进程。只显示进程号

[root@hostnamectl ~]# pgrep vi
796
2340

[root@hostnamectl ~]# ps -ef|grep vi
root        796      1  0 13:57 ?        00:00:00 /usr/bin/VGAuthService -s
root       2340   1446  0 18:00 pts/0    00:00:00 vi a
root       2472   1446  0 18:41 pts/0    00:00:00 grep --color=auto vi

pidof

根据进程名查找其PID号

[root@hostnamectl ~]# pidof vi
2340
vmstat

虚拟内存状态查看命令 vmstat [options] [delay [count]] 例: vmstat 2 :表示每2秒刷新一次 vmstat 2 5 :表示每2秒刷新一次,刷新5次后退出

[root@hostnamectl ~]# vmstat 2 2
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 1508876   2108 196824    0    0     2     0   16   14  0  0 100  0  0
 0  0      0 1508876   2108 196824    0    0     0     0   55   44  0  0 100  0  0

常用的选项: -s 显示内存的统计数据

[root@hostnamectl ~]# vmstat -s
      1867048 K total memory
       159480 K used memory
       134368 K active memory
        81932 K inactive memory
      1508636 K free memory
         2108 K buffer memory
       196824 K swap cache
      2097148 K total swap
            0 K used swap
      2097148 K free swap
          318 non-nice user cpu ticks
            0 nice user cpu ticks
         1828 system cpu ticks
      7330335 idle cpu ticks
          269 IO-wait cpu ticks
            0 IRQ cpu ticks
           34 softirq cpu ticks
            0 stolen cpu ticks
       148185 pages paged in
        16745 pages paged out
            0 pages swapped in
            0 pages swapped out
      1146421 interrupts
      1025090 CPU context switches
   1569218250 boot time
         2649 forks

procs:

r(running) 表示等待运行的队列长度,也即等待运行的进程的个数 b(block) 表示阻塞队列长度,也即处于不可中断睡眠态的进程个数

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(swap in) 表示从物理内存有多少页面换进swap,也即数据进入swap的数据速率(kb/s) so(swap out) 表示从swap有多少页面换进物理内存,也即数据离开swap的数据速率(kb/s) io: bi(block in) 表示磁盘块有多少个被调入内存中,也即从块设备读入数据到系统的速率(kb/s) bo(block out) 表示有多少个磁盘块从内存中被同步到硬盘上去了,也即保存数据至块设备的速率(kb/s)

system:

in( interrupts) 表示中断的个数,也即中断速率(kb/s) cs(context switch) 表示上下文切换的次数,也即进程切换速率(kb/s)

CPU:

us 表示用户空间 sy 表示内核空间 id 表示空闲百分比 wa 表示等待IO完成所占据的时间百分比 st 表示steal,被虚拟化技术偷走的时间(比如运行虚拟机)
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