Linux下進(jìn)程相關(guān)知識(shí)

1. ps命令

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

運(yùn)行ps命令查看正在運(yùn)行的進(jìn)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(jìn)程ID
• TTY：控制與進(jìn)程相關(guān)聯(lián)的終端
• TIME：總CPU使用時(shí)間
• CMD：可執(zhí)行/命令的名稱

如果你看一下ps的man手冊(cè)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多命令選項(xiàng)可以傳遞，它們會(huì)根據(jù)你想使用的選項(xiàng)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(jìn)程號(hào)
• %CPU: CPU使用時(shí)間除以進(jìn)程運(yùn)行時(shí)間
• %MEM:進(jìn)程的常駐集大小與機(jī)器上物理內(nèi)存的比率
• VSZ:整個(gè)進(jìn)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(jìn)程關(guān)聯(lián)的終端
• STAT:進(jìn)程狀態(tài)碼
• START:進(jìn)程的開始時(shí)間
• TIME:總CPU使用時(shí)間
• COMMAND:可執(zhí)行文件/命令的名稱

另一個(gè)非常有用的命令是top命令，top為你提供有關(guān)系統(tǒng)上運(yùn)行的進(jìn)程的實(shí)時(shí)信息，而不是快照。默認(rèn)情況下，你會(huì)每10秒刷新一次。top是一個(gè)非常有用的工具，可以查看哪些進(jìn)程占用了大量資源。此處我們對(duì)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(duì)top命令做詳細(xì)的講解。

2. 進(jìn)程的細(xì)節(jié)

在我們深入了解進(jìn)程的更多實(shí)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(jìn)程是系統(tǒng)上正在運(yùn)行的程序，更準(zhǔn)確地說，它是系統(tǒng)分配內(nèi)存、CPU、I/O以使程序運(yùn)行的過程。一個(gè)進(jìn)程是一個(gè)正在運(yùn)行的程序的實(shí)例，打開3個(gè)終端窗口，在兩個(gè)窗口中運(yùn)行cat命令，不傳遞任何選項(xiàng)(cat進(jìn)程將作為一個(gè)進(jìn)程保持打開狀態(tài)，因?yàn)樗谕鹲tdin)?，F(xiàn)在在第三個(gè)窗口運(yùn)行:ps aux | grep cat。將看到cat有兩個(gè)進(jìn)程，盡管它們調(diào)用的是同一個(gè)程序。

內(nèi)核負(fù)責(zé)進(jìn)程，當(dāng)我們運(yùn)行一個(gè)程序時(shí)，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(gè)進(jìn)程：

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

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

3. 進(jìn)程創(chuàng)建

當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程時(shí)，現(xiàn)有進(jìn)程基本上會(huì)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(gè)基本相同的子進(jìn)程，這個(gè)子進(jìn)程有一個(gè)新的進(jìn)程ID(PID)，原始進(jìn)程成為它的父進(jìn)程，并有一個(gè)稱為父進(jìn)程ID PPID的東西。之后，子進(jìn)程可以繼續(xù)使用其父進(jìn)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(dòng)一個(gè)新程序。這個(gè)系統(tǒng)調(diào)用破壞了內(nèi)核為該進(jìn)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(xiàng)為我們提供了正在運(yùn)行的進(jìn)程的“長(zhǎng)格式”甚至更詳細(xì)的視圖。你會(huì)看到一個(gè)標(biāo)記為PPID的列，這是父ID?，F(xiàn)在看看你的終端，你將看到正在運(yùn)行的進(jìn)程是你的shell，因此在我的系統(tǒng)上有一個(gè)運(yùn)行bash的進(jìn)程?，F(xiàn)在請(qǐng)記住，當(dāng)你運(yùn)行ps l命令時(shí)，是從運(yùn)行bash的進(jìn)程中運(yùn)行它的。bash shell的PID是ps l命令的PPID。

當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，內(nèi)核創(chuàng)建了一個(gè)名為init的進(jìn)程，它的PID為1。除非系統(tǒng)關(guān)閉，否則無法終止init進(jìn)程。它以根權(quán)限運(yùn)行，并運(yùn)行許多保持系統(tǒng)運(yùn)行的進(jìn)程。

4. 進(jìn)程終止

上面我們知道創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)會(huì)發(fā)生什么，那么當(dāng)我們不再需要它時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢?

進(jìn)程可以使用_exit系統(tǒng)調(diào)用退出，這將釋放進(jìn)程用于重新分配的資源。因此，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程準(zhǔn)備終止時(shí)，它會(huì)用一個(gè)叫做終止?fàn)顟B(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(jìn)程終止成功。然而，這還不足以完全終止一個(gè)流程。父進(jìn)程必須通過使用等待系統(tǒng)調(diào)用來確認(rèn)子進(jìn)程的終止，這是為了檢查子進(jìn)程的終止?fàn)顟B(tài)。

• 孤兒進(jìn)程當(dāng)父進(jìn)程在子進(jìn)程之前死亡時(shí)，內(nèi)核知道它不會(huì)得到一個(gè)等待調(diào)用，所以它會(huì)讓這些進(jìn)程成為“孤兒”，并將它們置于init(記住所有進(jìn)程的父進(jìn)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(jìn)程當(dāng)子進(jìn)程終止而父進(jìn)程還沒有調(diào)用wait時(shí)會(huì)發(fā)生什么? 我們?nèi)匀幌Ｍ軌蚩吹阶舆M(jìn)程是如何終止的，因此即使子進(jìn)程完成了，內(nèi)核也會(huì)將子進(jìn)程變成僵尸進(jìn)程。子進(jìn)程使用的資源仍然被釋放給其他進(jìn)程使用，但是進(jìn)程表中仍然有這個(gè)僵尸進(jìn)程的條目。僵尸進(jìn)程也不能被殺死，因?yàn)樗鼈冊(cè)诩夹g(shù)上是“死亡”的，所以你不能使用信號(hào)來殺死它們。最終，如果父進(jìn)程調(diào)用等待系統(tǒng)調(diào)用，僵尸進(jìn)程將消失，這被稱為“收割”。如果父進(jìn)程沒有執(zhí)行等待調(diào)用，init將收養(yǎng)僵尸進(jìn)程并自動(dòng)執(zhí)行等待并移除僵尸進(jìn)程。僵尸進(jìn)程太多可能是一件壞事，因?yàn)樗鼈儠?huì)占用進(jìn)程表上的空間，如果它被填滿，就會(huì)阻止其他進(jìn)程運(yùn)行。

5. 信號(hào)

信號(hào)是對(duì)進(jìn)程的通知，告訴它發(fā)生了什么事情。

為什么有信號(hào)？

它是軟件中斷，有很多用途:

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

信號(hào)處理

當(dāng)一個(gè)信號(hào)由某個(gè)事件生成時(shí)，它被傳遞給一個(gè)進(jìn)程，在傳遞之前它被認(rèn)為處于掛起狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)程運(yùn)行時(shí)，信號(hào)將被傳遞。但是，進(jìn)程具有信號(hào)掩碼，如果指定的話，它們可以將信號(hào)傳遞設(shè)置為阻塞。當(dāng)一個(gè)信號(hào)被傳遞時(shí)，進(jìn)程可以做很多事情:

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

常見的信號(hào)

每個(gè)信號(hào)都由具有符號(hào)名的整數(shù)定義，符號(hào)名的形式為SIGxxx。一些最常見的信號(hào)是:

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

有些信號(hào)是不可阻擋的，例如SIGKILL信號(hào)。KILL信號(hào)殺死進(jìn)程。

6. kill命令

可以發(fā)送終止進(jìn)程的信號(hào)，這樣的命令被命名為kill命令。

kill 12345

12345是要終止的進(jìn)程的PID。默認(rèn)情況下，它發(fā)送一個(gè)TERM信號(hào)。SIGTERM信號(hào)被發(fā)送到進(jìn)程，進(jìn)程釋放其資源并保存其狀態(tài)來請(qǐng)求終止進(jìn)程。

還可以使用kill命令指定一個(gè)信號(hào):

kill -9 12345

這將運(yùn)行SIGKILL信號(hào)并終止進(jìn)程。

SIGHUP, SIGINT, SIGTERM, SIGKILL, SIGSTOP信號(hào)

這些信號(hào)看起來都相似，但它們確實(shí)有不同之處。

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

7. 進(jìn)程優(yōu)先級(jí)

當(dāng)你在電腦上同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序時(shí)，比如Chrome、Microsoft Word或Photoshop，看起來這些進(jìn)程是同時(shí)運(yùn)行的，但事實(shí)并非如此。

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

進(jìn)程無法決定何時(shí)以及多長(zhǎng)時(shí)間獲得CPU時(shí)間，如果所有進(jìn)程正常運(yùn)行，它們將大致獲得相同數(shù)量的CPU時(shí)間。但是，有一種方法可以用一個(gè)不錯(cuò)的值來影響內(nèi)核的進(jìn)程調(diào)度算法。優(yōu)先級(jí)它的意思是進(jìn)程有一個(gè)數(shù)字來確定它們對(duì)CPU的優(yōu)先級(jí)。數(shù)值高意味著進(jìn)程很好，對(duì)CPU的優(yōu)先級(jí)較低，數(shù)值低或?yàn)樨?fù)數(shù)意味著進(jìn)程不是很好，它想要盡可能多地獲得CPU。

要更改進(jìn)程優(yōu)先級(jí)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(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。renice命令用于設(shè)置已存在進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)。

8. 進(jìn)程狀態(tài)

我們?cè)賮砜匆幌拢?/span>ps aux命令

在STAT列中，看到許多值。linux進(jìn)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(gè)事件完成，例如來自終端的輸入
• D:不間斷睡眠，不能被信號(hào)殺死或中斷的進(jìn)程，通常要讓它們消失，你必須重新啟動(dòng)或修復(fù)問題
• Z:僵尸進(jìn)程，僵尸是正在等待收集其狀態(tài)的終止進(jìn)程
• T: Stopped，已掛起/停止的進(jìn)程

9. /proc文件系統(tǒng)

在Linux中一切皆文件，包括進(jìn)程。進(jìn)程信息存儲(chǔ)在一個(gè)稱為/proc文件系統(tǒng)的特殊文件系統(tǒng)中。

這里看到多個(gè)值，每個(gè)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(jìn)入其中一個(gè)進(jìn)程并查看該文件:

你能看到進(jìn)程狀態(tài)信息以及更詳細(xì)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(gè)終端窗口上工作，并且正在運(yùn)行一個(gè)命令，該命令將花費(fèi)很長(zhǎng)時(shí)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(jī)器上工作，因此我們需要打開shell。我們可以控制我們的進(jìn)程如何運(yùn)行:

將工作發(fā)送到后臺(tái)

在命令后添加&號(hào)將在后臺(tái)運(yùn)行該命令：

sleep 1000 &
sleep 1001 &
sleep 1002 &

查看后臺(tái)進(jìn)程

將進(jìn)程從后臺(tái)移動(dòng)到前臺(tái)

要將進(jìn)程移出后臺(tái)，只需指定所需的進(jìn)程ID。如果不帶任何選項(xiàng)地運(yùn)行fg，它將帶回最近的后臺(tái)進(jìn)程。