Linux下進程相關(guān)知識

1. ps命令

進程是在你的系統(tǒng)上運行的程序。它們由內(nèi)核管理，每個進程都有一個與之關(guān)聯(lián)的ID，稱為**進程ID(PID)**。這個PID是按照進程創(chuàng)建的順序分配的。

運行ps命令查看正在運行的進程列表:

ubuntu@ubuntu:~$ ps
   PID TTY          TIME CMD
  3309 pts/1    00:00:00 bash
  3794 pts/1    00:00:00 ps
ubuntu@ubuntu:~$ 

• PID：進程ID
• TTY：控制與進程相關(guān)聯(lián)的終端
• TIME：總CPU使用時間
• CMD：可執(zhí)行/命令的名稱

如果你看一下ps的man手冊，你會發(fā)現(xiàn)有很多命令選項可以傳遞，它們會根據(jù)你想使用的選項而變化輸出結(jié)果。

ubuntu@ubuntu:~$ ps --help all

Usage:
 ps [options]

Basic options:
 -A, -e               all processes
 -a                   all with tty, except session leaders
  a                   all with tty, including other users
 -d                   all except session leaders
 -N, --deselect       negate selection
  r                   only running processes
  T                   all processes on this terminal
  x                   processes without controlling ttys

Selection by list:
 -C <command>         command name
 -G, --Group <GID>    real group id or name
 -g, --group <group>  session or effective group name
 -p, p, --pid <PID>   process id
        --ppid <PID>  parent process id
 -q, q, --quick-pid <PID>
                      process id (quick mode)
 -s, --sid <session>  session id
 -t, t, --tty <tty>   terminal
 -u, U, --user <UID>  effective user id or name
 -U, --User <UID>     real user id or name

  The selection options take as their argument either:
    a comma-separated list e.g. '-u root,nobody' or
    a blank-separated list e.g. '-p 123 4567'

Output formats:
 -F                   extra full
 -f                   full-format, including command lines
  f, --forest         ascii art process tree
 -H                   show process hierarchy
 -j                   jobs format
  j                   BSD job control format
 -l                   long format
  l                   BSD long format
 -M, Z                add security data (for SELinux)
 -O <format>          preloaded with default columns
  O <format>          as -O, with BSD personality
 -o, o, --format <format>
                      user-defined format
  s                   signal format
  u                   user-oriented format
  v                   virtual memory format
  X                   register format
 -y                   do not show flags, show rss vs. addr (used with -l)
     --context        display security context (for SELinux)
     --headers        repeat header lines, one per page
     --no-headers     do not print header at all
     --cols, --columns, --width <num>
                      set screen width
     --rows, --lines <num>
                      set screen height

Show threads:
  H                   as if they were processes
 -L                   possibly with LWP and NLWP columns
 -m, m                after processes
 -T                   possibly with SPID column

Miscellaneous options:
 -c                   show scheduling class with -l option
  c                   show true command name
  e                   show the environment after command
  k,    --sort        specify sort order as: [+|-]key[,[+|-]key[,...]]
  L                   show format specifiers
  n                   display numeric uid and wchan
  S,    --cumulative  include some dead child process data
 -y                   do not show flags, show rss (only with -l)
 -V, V, --version     display version information and exit
 -w, w                unlimited output width

        --help <simple|list|output|threads|misc|all>
                      display help and exit

For more details see ps(1).

常用的操作命令：

ps aux

• USER:有效用戶(我們正在使用其訪問權(quán)限的用戶)
• PID:進程號
• %CPU: CPU使用時間除以進程運行時間
• %MEM:進程的常駐集大小與機器上物理內(nèi)存的比率
• VSZ:整個進程的虛擬內(nèi)存使用情況
• RSS:常駐集大小，任務(wù)使用的非交換物理內(nèi)存
• TTY:控制與進程關(guān)聯(lián)的終端
• STAT:進程狀態(tài)碼
• START:進程的開始時間
• TIME:總CPU使用時間
• COMMAND:可執(zhí)行文件/命令的名稱

另一個非常有用的命令是top命令，top為你提供有關(guān)系統(tǒng)上運行的進程的實時信息，而不是快照。默認情況下，你會每10秒刷新一次。top是一個非常有用的工具，可以查看哪些進程占用了大量資源。此處我們對top命令不做過多的講解，想了解的小伙伴可以查看我之前的文章，有對top命令做詳細的講解。

2. 進程的細節(jié)

在我們深入了解進程的更多實際應(yīng)用之前，我們必須了解它是什么以及它是如何工作的。

我們上面說過，進程是系統(tǒng)上正在運行的程序，更準確地說，它是系統(tǒng)分配內(nèi)存、CPU、I/O以使程序運行的過程。一個進程是一個正在運行的程序的實例，打開3個終端窗口，在兩個窗口中運行cat命令，不傳遞任何選項(cat進程將作為一個進程保持打開狀態(tài)，因為它期望stdin)。現(xiàn)在在第三個窗口運行:ps aux | grep cat。將看到cat有兩個進程，盡管它們調(diào)用的是同一個程序。

內(nèi)核負責進程，當我們運行一個程序時，內(nèi)核將程序的代碼加載到內(nèi)存中，確定和分配資源，然后監(jiān)視每個進程：

• 進程的狀態(tài)
• 進程正在使用和接收的資源
• 進程所有者
• 進程信號處理
• 基本上所有的其他事情

所有進程都在占用資源，內(nèi)核的工作是確保進程根據(jù)自身需求獲得正確數(shù)量的資源。當一個進程結(jié)束時，它所使用的資源將被釋放給其他進程使用。

3. 進程創(chuàng)建

當創(chuàng)建一個新進程時，現(xiàn)有進程基本上會使用稱為fork系統(tǒng)調(diào)用的函數(shù)克隆自己。fork系統(tǒng)調(diào)用創(chuàng)建了一個基本相同的子進程，這個子進程有一個新的進程ID(PID)，原始進程成為它的父進程，并有一個稱為父進程ID PPID的東西。之后，子進程可以繼續(xù)使用其父進程之前使用的相同程序，或者更經(jīng)常地使用execve系統(tǒng)調(diào)用來啟動一個新程序。這個系統(tǒng)調(diào)用破壞了內(nèi)核為該進程設(shè)置的內(nèi)存管理，并為新程序設(shè)置了新的內(nèi)存管理。

l選項為我們提供了正在運行的進程的“長格式”甚至更詳細的視圖。你會看到一個標記為PPID的列，這是父ID。現(xiàn)在看看你的終端，你將看到正在運行的進程是你的shell，因此在我的系統(tǒng)上有一個運行bash的進程。現(xiàn)在請記住，當你運行ps l命令時，是從運行bash的進程中運行它的。bash shell的PID是ps l命令的PPID。

當系統(tǒng)啟動時，內(nèi)核創(chuàng)建了一個名為init的進程，它的PID為1。除非系統(tǒng)關(guān)閉，否則無法終止init進程。它以根權(quán)限運行，并運行許多保持系統(tǒng)運行的進程。

4. 進程終止

上面我們知道創(chuàng)建進程時會發(fā)生什么，那么當我們不再需要它時會發(fā)生什么呢?

進程可以使用_exit系統(tǒng)調(diào)用退出，這將釋放進程用于重新分配的資源。因此，當一個進程準備終止時，它會用一個叫做終止狀態(tài)的東西讓內(nèi)核知道它為什么要終止。通常情況下，狀態(tài)為0表示進程終止成功。然而，這還不足以完全終止一個流程。父進程必須通過使用等待系統(tǒng)調(diào)用來確認子進程的終止，這是為了檢查子進程的終止狀態(tài)。

• 孤兒進程當父進程在子進程之前死亡時，內(nèi)核知道它不會得到一個等待調(diào)用，所以它會讓這些進程成為“孤兒”，并將它們置于init(記住所有進程的父進程)的照顧下。init將最終為這些孤兒執(zhí)行等待系統(tǒng)調(diào)用，以便它們可以終止。

• 僵尸進程當子進程終止而父進程還沒有調(diào)用wait時會發(fā)生什么? 我們?nèi)匀幌Ｍ軌蚩吹阶舆M程是如何終止的，因此即使子進程完成了，內(nèi)核也會將子進程變成僵尸進程。子進程使用的資源仍然被釋放給其他進程使用，但是進程表中仍然有這個僵尸進程的條目。僵尸進程也不能被殺死，因為它們在技術(shù)上是“死亡”的，所以你不能使用信號來殺死它們。最終，如果父進程調(diào)用等待系統(tǒng)調(diào)用，僵尸進程將消失，這被稱為“收割”。如果父進程沒有執(zhí)行等待調(diào)用，init將收養(yǎng)僵尸進程并自動執(zhí)行等待并移除僵尸進程。僵尸進程太多可能是一件壞事，因為它們會占用進程表上的空間，如果它被填滿，就會阻止其他進程運行。

5. 信號

信號是對進程的通知，告訴它發(fā)生了什么事情。

為什么有信號？

它是軟件中斷，有很多用途:

• 用戶可以輸入一個特殊的終端字符(Ctrl-C)或(Ctrl-Z)來終止、中斷或掛起進程
• 硬件問題發(fā)生時，內(nèi)核想要通知進程
• 軟件問題發(fā)生時，內(nèi)核想要通知進程
• 進程通信的方式

信號處理

當一個信號由某個事件生成時，它被傳遞給一個進程，在傳遞之前它被認為處于掛起狀態(tài)。當進程運行時，信號將被傳遞。但是，進程具有信號掩碼，如果指定的話，它們可以將信號傳遞設(shè)置為阻塞。當一個信號被傳遞時，進程可以做很多事情:

• 忽略信號
• “捕獲”信號并執(zhí)行特定的處理程序例程
• 進程可以終止，而不是正常的退出系統(tǒng)調(diào)用
• 阻塞信號，取決于信號掩碼

常見的信號

每個信號都由具有符號名的整數(shù)定義，符號名的形式為SIGxxx。一些最常見的信號是:

• SIGHUP或HUP或1:掛機
• SIGINT或INT或2:中斷
• SIGKILL或KILL或9:殺死
• SIGSEGV或SEGV或11:分割錯誤
• SIGTERM或TERM或15:軟件終止
• SIGSTOP或STOP:停止
  數(shù)字會隨著信號的變化而變化，所以通常用它們的名字來表示。

有些信號是不可阻擋的，例如SIGKILL信號。KILL信號殺死進程。

6. kill命令

可以發(fā)送終止進程的信號，這樣的命令被命名為kill命令。

kill 12345

12345是要終止的進程的PID。默認情況下，它發(fā)送一個TERM信號。SIGTERM信號被發(fā)送到進程，進程釋放其資源并保存其狀態(tài)來請求終止進程。

還可以使用kill命令指定一個信號:

kill -9 12345

這將運行SIGKILL信號并終止進程。

SIGHUP, SIGINT, SIGTERM, SIGKILL, SIGSTOP信號

這些信號看起來都相似，但它們確實有不同之處。

• SIGHUP 掛起，當控制終端關(guān)閉時發(fā)送給進程。例如，如果關(guān)閉了一個終端窗口，其中正在運行一個進程，那么將得到一個SIGHUP信號。
• SIGINT 是一個中斷信號，因此可以使用Ctrl-C，系統(tǒng)將嘗試優(yōu)雅地終止進程
• SIGTERM 終止進程，但允許它先做一些清理工作
• SIGKILL 殺死進程，不做任何清理
• SIGSTOP 停止/掛起進程

7. 進程優(yōu)先級

當你在電腦上同時運行多個程序時，比如Chrome、Microsoft Word或Photoshop，看起來這些進程是同時運行的，但事實并非如此。

進程使用CPU的時間，稱為時間片。然后它們暫停幾毫秒，另一個進程得到一點時間切片。默認情況下，進程調(diào)度以這種循環(huán)方式進行。每個進程都有足夠的時間片，直到它完成處理。內(nèi)核處理所有這些進程的切換，并且大多數(shù)時候它都做得很好。

進程無法決定何時以及多長時間獲得CPU時間，如果所有進程正常運行，它們將大致獲得相同數(shù)量的CPU時間。但是，有一種方法可以用一個不錯的值來影響內(nèi)核的進程調(diào)度算法。優(yōu)先級它的意思是進程有一個數(shù)字來確定它們對CPU的優(yōu)先級。數(shù)值高意味著進程很好，對CPU的優(yōu)先級較低，數(shù)值低或為負數(shù)意味著進程不是很好，它想要盡可能多地獲得CPU。

要更改進程優(yōu)先級別，可以使用nice和renice命令:

nice -n 5 apt upgrade
renice 10 -p 3245

nice命令用于設(shè)置新進程的優(yōu)先級。renice命令用于設(shè)置已存在進程的優(yōu)先級。

8. 進程狀態(tài)

我們再來看一下：ps aux命令

在STAT列中，看到許多值。linux進程可以處于許多不同的狀態(tài)。你將看到的最常見的如下所示:

• R: running或runnable，它只是在等待CPU處理它
• S:可中斷休眠，等待一個事件完成，例如來自終端的輸入
• D:不間斷睡眠，不能被信號殺死或中斷的進程，通常要讓它們消失，你必須重新啟動或修復(fù)問題
• Z:僵尸進程，僵尸是正在等待收集其狀態(tài)的終止進程
• T: Stopped，已掛起/停止的進程

9. /proc文件系統(tǒng)

在Linux中一切皆文件，包括進程。進程信息存儲在一個稱為/proc文件系統(tǒng)的特殊文件系統(tǒng)中。

這里看到多個值，每個PID都有子目錄。如果查看ps輸出中的PID，則可以在/proc目錄中找到它。

進入其中一個進程并查看該文件:

你能看到進程狀態(tài)信息以及更詳細的信息。/proc目錄是內(nèi)核查看系統(tǒng)的方式，因此這里有比ps中更多的信息。

10. Job控制

假設(shè)你正在一個終端窗口上工作，并且正在運行一個命令，該命令將花費很長時間。在它完成之前，你不能與shell交互，但是我們希望繼續(xù)在我們的機器上工作，因此我們需要打開shell。我們可以控制我們的進程如何運行:

將工作發(fā)送到后臺

在命令后添加&號將在后臺運行該命令：

sleep 1000 &
sleep 1001 &
sleep 1002 &

查看后臺進程

將進程從后臺移動到前臺

要將進程移出后臺，只需指定所需的進程ID。如果不帶任何選項地運行fg，它將帶回最近的后臺進程。