Linux 进程管理

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所属分类:linux技术
摘要

任务列表PCB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。


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

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

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

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
    Linux 进程管理

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
系统优先级范围:0-139  0-9:实时优先级(一些特殊的系统进程)  100-139:非实时优先级(大部分进程使用的都是这个范围)  #数字越小,优先级越高。 

CentOS优先级:
Linux 进程管理

nice数字范围:-20 -- +19  --对应系统优先级的100-139。 一般进程启动以后,优先级使用nice优先级的0  top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

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 

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

  • 前台管理

  • 后台管理

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

Linux 进程管理

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