Linux 进程管理

基础知识 进程

内核的功能和作用：文件系统管理、网络管理、进程管理、内存管理等，属于linux最基础的功能

进程：process，正在运行中的程序的一个副本。允许有多个进程同时执行。

#操作系统负责分配cpu运行进程的顺序和时间

#副本：把磁盘上的指定文件加载到内存进行运行  运行多次就会有多个副本

#多实例：一个程序生成多个副本，每个副本在内存中独立运行

#进程是资源使用的分配单位，进程存在声明周期

#PID：进程的唯一标号

进程创建过程： #进程的父子关系：写实复制
1. 操作系统启动的时候有个总进程(系统的第一个进程)：centos6--init  centos7及以上--systemd

2. 后续的所有进程都是总进程生成的，一次推类，构成一个树状结构，c语言使用fork（）函数创建子进程

#父进程创建子进程的过程：
父进程在内存中占有一片空间，创建子进程的时候，此时子进程用的内存空间是父进程那一块空间。当子进程产生数据更新以后，就会复制父进程的空间来作为自己独立的空间。

线程

线程：进程是系统资源分配的单位。进程在处理数据的时候，通过线程来完成任务。

#进程相当于一个组织，线程就相当于这个组织里面干活的员工。进程和线程是包含关系，多个线程共享进程的空间。

#线程在运行的时候的执行顺序由操作系统决定

#一颗CPU同时只能执行一件事，他将时间切成很小的时间片，不同的时间片做不同的任务，所以就感觉在同时做多件事情（实际上是轮流执行程序的）。

使用 pstree -p 可以看到系统中的进程和线程。#只有一个线程后面就不显示了（后面没有花括号）。

协程

协程：一个协程就相当于一个函数。

进程、线程、协程的区别：

1.线程是程序执行的最小单位，进程是操作系统分配资源的最小单位；

2.一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线

3.进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间

进程的结构

• 任务列表

• PCB

任务列表概念

任务列表：操作系统允许运行多个进程，进程之间构成了一个进程列表（任务列表），所有进程都放在里面的。

PCB概念

PCB：存放一个具体进程的全部信息（包括进程编号、状态、优先级等），因为系统有多个进程，所以就存在多个PCB，每个PCB之间通过指针变量关联

页（Page）

页：进程内存资源的分配的最小单位，类似于文件系统的block，页的默认大小也是4k

虚拟地址和物理地址

• 虚拟地址

• 物理地址

虚拟地址

虚拟地址：存放相对地址，位置是变化的。不是固定的。

应用程序看到的是虚拟地址

物理地址

物理地址：具体的一个固定地址

MMU

MMU：内存管理单元(cpu中的硬件芯片)，把虚拟地址转换成物理地址。

进程访问某个数据的时候，先把请求发送给操作系统，操作系统再交给cpu，cpu计算为物理地址，然后才能得到真正的数据。

tlb

tlb：缓存虚拟地址和物理地址的区域

内存的分配空间

• 用户空间：进程虚拟内存空间

• 内核空间：操作系统使用的

每个进程都包括5种不同的数据段

• 代码段

• 数据段

• BSS段

• 栈

• 堆

代码段：存放可执行文件的操作指令

数据段：存放初始化了的全局变量

BSS段:存放未初始化的全局变量 #Block Started by Symbol”的缩写,意为“以符号开始的块

栈：存放临时变量（比如函数里面使用的变量） #先进后出  队列就是先进先出

堆:存放数组、对象 

进程使用内存问题

• 内存泄漏

• 内存溢出

内存泄露： Memory Leak，分配的空间不释放，一直占用着

内存溢出：Memory Overflow，程序申请的空间不够用。

内存不足：OOM，内存不够用（java中的一种提示）

进程运行的状态

• 创建

• 就绪：

• 执行

• 终止

• 阻塞
  

使用 ps aux 可以看到进程的状态

进程更多的状态：

运行态：running #正在运行

就绪态：ready

睡眠态：进程不干活了，可中断：interruptable，不可中断（不能人为打断）：uninterruptable

停止态：stopped，进程处于暂停的状态

僵死态：zombie，僵尸态，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭，杀死父进程可以关闭僵死

态的子进程（这种进程不占用空间）

#结束僵尸态的方法：把它的父进程杀死就没了或者恢复父进程

LRU 算法

LRU：Least Recently Used 近期最少使用算法（喜新厌旧），用来实现内存的充分利用

IPC 进程之间的通信

IPC: Inter Process Communication

通信方法：

• 同主机

• 跨主机

同一主机上：

• 管道

• 套接字

• 文件映射

• 共享内存

• 信号

管道：cmd1 | cmd2 （管道符的两边就开启了两个进程），单工通信 # | 这属于匿名管道

#命名管道：创建一个管道（pipe）文件，用来实现两个进程之间的通信。 A--->管道文件--->B
#创建管道文件的命令：mkfifo（fifo：先进先出） 
#格式： mkfifo pipe_name


套接字：进程之间双向通讯
#查看套接字的方法：find / -type s -ls

文件映射：文件的数据映射到内存的一块空间中，多个进程共享这块内存空间

共享内存：直接在内存中分配一块空间，这块空间大家都能使用。

信号：trap -l 可以查看。发个信号进程收到以后就会按照指定的功能来进行操作。

跨主机通信：

socket：socket就是ip加上端口号。ip地址确定了设备在网络中的位置。端口号确定了设备上了具体应用程序。（使用tcp、udp协议都会分配要给与众不同的独有端口）

范例

范例：利用管道文件实现 IPC

mkfifo /data/test.fifo #创建一个管道文件

ll /data/test.fifo #使用ll查看管道的信息，发现它的大小是0字节，

cat > /data/test.fifo #输入123456
#在管道文件里面写入数据以后，不会自动退出，且此时文件的大小依然是0，以为这个管道文件是在内存里面的，不是在磁盘里面。

#在另一个终端可以从文件中读取数据
cat /data/test.fifo  #会读取到123456

进程的优先级 CentOS优先级：

系统优先级：0-139, 数字越小，优先级越高

实时优先级(realtime): 99-0   值最大优先级最高

nice值(nice优先级)：-20到19，对应系统优先级100-139  #一般进程启动以后，优先级使用nice优先级的0

top工具显示的优先级是0-39,对应系统优先级的100-139

设置和调整进程优先级

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

以指定的优先级来启动进程

nice -n number command

例如：#nice -n -10 ping 127.0.0.1 #调整平命令的优先级为-10

进程分类 操作系统分类：

• 协作式多任务：

• 抢占式多任务：

协作式多任务：一个任务得到cpu后，只有它主动放弃cpu，其他进程才能使用

抢占式多任务：CPU的控制权由操作系统控制（由操作系统分配cpu资源）

进程类型

• 守护进程

• 前台进程

守护进程：daemon，计算机启动以后就自动运行，就和终端没关系了。

前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程

#二者可以进行转换

进程管理工具 pstree工具：

可以显示进程之间的父子关系

#格式：
pstree [选项] [pid|user]  #可以查看指定的进程信息，也可以查看所有的进程关系

#选项：
-p：显示pid

-T：不显示线程

ps工具：

作用：实现进程信息的查看，默认显示当前终端中的进程（显示的是当前瞬间的状态）

#ps默认显示的是当前终端中用户运行的进程列表。
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

#格式：
ps [选项]

#三种选项风格：
UNIX选项 如: -A -e  #单个字母

GNU选项 如: --help  #完整单词

BSD选项 如: a  #只需要一个字母

#常用选项：

a 选项包括所有终端中的进程
u 显示每个进程是以谁的身份运行等信息
x 显示和终端有关或无关的进程（和终端无端：随计算机启动就启动了）
o 属性… 显示指定的属性列 pid、cmd、%cpu、%mem

-e 显示所有进程，相当于-A
-f 显示完整格式程序信息
-p pid 显示指pid的进程
-t ttylist 指定tty,相当于 t

ps命令的输出信息：

C :  ps -ef 显示列 C 表示cpu利用率

VSZ: 操作系统承诺给进程的空间（虚拟内存占用空间）

RSS: 操作系统实际给进程的空间（实际内存占用空间）

TTY：所在的终端，如果是？号表示和终端无关

STAT：进程状态
 R：running #正在运行中的
 S: interruptable sleeping #可中断的睡眠
 D: uninterruptable sleeping #不可中断睡觉
 T: stopped  #停止
 Z: zombie   #僵尸
 +: 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
 I：Idle kernel thread，CentOS 8 新特性

 ni: nice优先级，nice值 #范围-20 --- 19 对应：100-139

 pri: priority 系统优先级数字 #数字越大，优先级越高

 rtprio: 实时优先级 #对应系统0-99

 psr: processor 显示进程和cpu之间的绑定关系 #进程在那颗cpu上运行

范例

#ps -ef  #unix风格
#ps aux #bsd风格
这个风格的选项显示的信息没有aux显示的要全


##查看进程的特定属性
例如：#ps axo pid,cmd,%mem,%cpu

#找到未知进程的执行程序文件路径
#ps命令显示的只是pid和程序的名称，没有显示程序的文件路径
ls -l /proc/1272/exe   #1272表示进程的pid  exe是一个软连接，指向程序的路径

#范例：查看优先级和CPU绑定关系
#ps axo pid,cmd,psr |grep 进程名

prtstat工具：

查看进程的信息

#格式
prtstat [选项] pid
例如：#prtstat 1026

[root@Centos8 ~]# prtstat 1026
Process: sshd          		State: S (sleeping)
  CPU#:  1  		TTY: 0:0	Threads: 1
Process, Group and Session IDs
  Process ID: 1026		  Parent ID: 1
    Group ID: 1026		 Session ID: 1026
  T Group ID: -1

Page Faults
  This Process    (minor major):      718         8
  Child Processes (minor major):    80458        11
CPU Times
  This Process    (user system guest blkio):   0.05   0.06   0.00   0.00
  Child processes (user system guest):        93.69  11.96   0.00
Memory
  Vsize:       94 MB
  RSS:         7856 kB    		 RSS Limit: 18446744073709 MB
  Code Start:  0x56188adb7000		 Code Stop:  0x56188ae83f38
  Stack Start: 0x7fffde7c3120
  Stack Pointer (ESP):          0	 Inst Pointer (EIP):          0
Scheduling
  Policy: normal
  Nice:   0 		 RT Priority: 0 (non RT)

查看某个进程的方法

- ps 选项 | grep 'pattern' #查找某个进程

- /sbin/pidof 按确切的程序名称查看pid

- pgrep工具

pgrep

专门的进程过滤工具

命令格式：
pgrep [options] pattern

# 选项：
-u uid: effective user，进程所有者

-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: 指定进程名 #根据进程名显示进程信息

-a: 显示完整格式的进程名

-P pid: 显示指定进程的子进程

pidof

知道程序名，用来获取进程pid。

格式：pidof process _name

#选项：
-x： 查找脚本的进程id #脚本必须shebang机制开头，以bash的方式来运行找不到，需要加权限来运行才找得到

uptime

系统负载信息查询

#和w命令、top命令最上面显示的信息也是一样的。

#显示信息
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、15分钟的平均负载，一般不会超过1，超过5时建议警报）

实时进程的查看：

• htop工具

• top工具

top工具

动态实时查看进程信息

#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

#top命令显示的信息
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

htop工具

top工具的增强版。

#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

CPU相关信息显示：mpstat工具

来源：sysstat包

显示信息说明：
CPU：
%usr：用户空间占用时间
%nice：nice优先级
%sys：系统内核占用时间
%iowait：io等待
%irq：中断	
%soft：软中断
%steal：被虚拟机运行占用的时间
%guest：和虚拟化有关的
%gnice：虚拟机调整优先级
%idle：空闲的时间


 PID（进程id）
 USER（进程发起者）
 PR（top里面的优先级）
 NI(nice优先级)
 VIRT（虚拟内存空间）
 RES（实际内存占用空间）
 SHR（共享内存占用空间）
 S（进程状态）
 %CPU（cpu利用率）
 %MEM（内存）
 TIME+（总的运行时间）
 COMMAND（对应的命令）

内存相关信息查看

free 可以显示内存空间使用状态

选项：
-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

缓存的清理方法

向/proc/sys/vm/drop_caches中写入相应的修改值，会清理缓存
执行echo 
1、2、3 至 /proc/sys/vm/drop_caches, 达到不同的清理目的

查看进程打开文件 lsof

lsof：list open files,列出正在打开的文件。

#选项：
-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

范例

查看某个端口是那个进程在使用

#查看所有正在打开的文件：
lsof 

#找回被误删除的文件  前提是这个文件有人在访问
1. lsof | grep delete #过滤出被删除的文件，找到正在访问这个文件的进程编号

2. ll /proc/pid/fd #fd:文件描述符

3. cat /proc/pid/fd/文件描述符 > 导出为新文件

信号的管理 kill工具

用来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

#显示当前可用的信号：
trap -l

kill -l

#常用信号：
1) SIGHUP 无须关闭进程而重新加载配置文件

2) SIGINT 中止正在运行的进程；相当于Ctrl+c 

3) SIGQUIT 相当于ctrl+\ #退出进程

9) SIGKILL 强行关闭某个进程,可能会导致数据丢失（相当于按电源关机）

15) SIGTERM  正常关闭某个进程，默认信号

18) SIGCONT 继续运行

19) SIGSTOP 后台休眠

#信号的描述方法
数字法：1, 2, 9

全称：SIGHUP，sighup

简称 去掉开头的SIG，HUP，hup

#向进程发送信号
通过pid的方式：
kill [-s sigspec | -n signum | -sigspec] pid
#-s sigspec:指定完整的信号名
#-n signum：信号的数字表示法
#-sigspec：信号的简写方法

#根据程序名发送信号
killall 程序名称

#0信号
信号为0，没有发送任何信号，仅仅检查进程是否正常工作。
格式： killall -0 程序名

例如：
[root@centos8 ~]#killall -0 ping
[root@centos8 ~]#echo $?  ---> 0

作业管理

• 前台运行管理

• 后台运行管理

前台运行管理：

前台：依赖一个终端，在某个终端运行，启动以后就占用这个终端，在这个终端里面就不能做其他的操作了
例如: ping 127.0.0.1

后台运行管理

后代：不占用终端资源，在进程执行的时候加一个&符号

例如：ping 127.0.0.1 &

前后台运行的切换

默认大多数命令是前台执行，前后台是可以切换的。

CTRL+C就是给前台执行的程序发送终止信号，快捷键支队前台执行的生效。对后台执行的程序无效。需要使用kill命令来发送信号

前--后台切换方法：

CTRL+Z快捷键 --- 把前台程序放到后台（放到后台以后程序就不运行了），通过bg 作业编号 --把后台停止的作业恢复成后台运行态
作业编号的查询：jobs命令
或者 kill -18 %作业编号

后台运行-->后台停止:

发送19信号： kill -19 %作业编号 作业编号：jobs命令

后--前切换方法；

fg 作业编号

后台执行的作用：

前台执行都是按照循序执行的，后台执行可以实现并行执行

后台执行的任务在终端关闭以后也会随之关闭。

实现窗口关闭还继续执行的方法；

方法一：screen命令
程序执行之前开启screen：格式：screen
然后再输入要执行的命令

方法二：nohup命令
格式：nohhup 要执行的程序 -- 会有输出的信息

并行执行的实现：

并行执行：让多个进程同时执行

方法一：把他们都放到后台去执行

方法二：(f1.sh&);(f2.sh&);(f3.sh&) --小括号括起来，分号隔开

方法三：f1.sh&f2.sh&f3.sh&	

范例：扫描ip地址

net=10.0.0
for i in {1..254};do
   { 
    if ping -c1 -W1 $net.$i &> /dev/null;then
        echo $net.$i is up
    else
        echo $net.$i is down
    fi
   }&  #若里面有多个命令，就用花括号就是把它作为一个整体 
done
wait  #后台执行的进程结束之后，主动退出