Linux系统进程管理

本章学习内容

    ——进程概念

    ——进程创建、切换和撤销

    ——进程调度

    ——进程分类

    ——进程状态

    ——进程管理工具

引言

    在linux系统中，内核的功用有：进程管理、文件系统、网络功能、内存管理、驱动程序、安全功能等，在这众多的模块中，进程管理是相对重要的一环，即使不像文件系统和网络功能那么复杂。在进程管理中，内核对进程的创建、切换、撤销和调度都有很详细的定义。

1、进程及相关概念   

    <1>进程：进程可以理解为程序执行的一个有生命周期的实例，有唯一的PID来标识，它包括可执行程序以及与其相关的系统资源，比如打开的文件、挂起的信号、内核内部数据、处理器状态、内存地址空间及包含全局变量的数据段等。从内核的角度看，进程也可以称为任务。

    <2>进程描述符：与进程相关的事情非常多，比如进程的PID、状态、进程的优先级、进程的地址空间、允许该进程访问的文件等等，Linux内核为此专门设计了一个类型为task_struct的结构体，称之为进程描述符。进程描述符中包含了内核管理进程的所有信息，可以说，只要得到一个进程的进程描述符，就可以知道一个进程的所有信息。

2、进程的创建、切换和撤销

    <1>进程创建：在系统启动时，会先在CPU上加载内核，之后内核创建第一个进程init(centos7上是systemd)，init通过系统调fork()创建各种各样的子进程，各进程之间遵循Cow机制(即修改数据才分配内存)。

    <2>进程切换：进程切换又称为任务切换、上下文切换。它是这样一种行为，为了控制进程的执行，内核挂起当前在CPU上运行的进程，并恢复以前挂起的某个进程的执行。

    <3>撤销进程：进程终止后，需要通知内核以便内核释放进程所拥有的资源，包括内存、打开文件以及其他资源，如信号量

3、进程调度    

    <1>调度策略：调度策略就是这样一组规则：决定什么时候以怎样的方式选择一个新进程运行。所以定义一个进程的优先级来满足这样一种策略。这个策略以0-139的优先级来表示。

           实时优先级：1-99

               无需调整，数字越大，优先级越高

           静态优先级：100-139

               可调整，数字越小，优先级越高

优先级以Nice值调整

    Nice：-20—-19 ，存在于task_struct结构体中  

公式如下：        

pri(new)=nice+pri(old)    

    <2>调度算法：早起的Linux中，调度算法是根据进程的优先级选择“最佳”进程来执行，它的缺点是时间开销与“可运行进程数量”有关。某种调度算法一定满足一种函数关系，业界称为Big O        

        Big O：时间复杂度，用时和规模的关系。有：

        O(1), O(logn), O(n)线性, O(n^2)抛物线, O(2^n)

4、进程类型 

    <1>进程的分类标准一： 

       守护进程: 监控非独立服务的进程

       普通进程：只负责自己本身服务的提供

       注意：两者可相互转化   

    <2>进程的分类标准二：

       CPU-Bound：CPU密集型，非交互(图形)

       IO-Bound：IO密集型，交互(操作)

5、进程状态 

   在内存中运行的进程也有着各种各样的状态

        运行态R：running

        就绪态：ready

        睡眠态

            可中断S：interruptable

            不可中断D：uninterruptable

        停止态T：stopped,暂停于内存中，但不会被调度，除非手动启动

        僵死态Z：zombie，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭

6、进程作业

进程在运行时，我们可以称其为作业，根据其运行的环境，可分为前台作业和后台作业

注：ctrl+z、ctrl+c只对前台运行的进程有效，jobs查看作业。

后台运行的程序如果有标注输出，比如ping，ctrl+z，ctrl+c无法生效。要杀死进程才可以。

也可以使用kill向进程发信号

    <1>常用信号：man 7 signal

1) SIGHUP: 无须关闭进程而让其重读配置文件

2) SIGINT: 中止正在运行的进程；相当于Ctrl+c

9) SIGKILL: 杀死正在运行的进程

15) SIGTERM：终止正在运行的进程

18) SIGCONT：继续运行

19) SIGSTOP：后台休眠

    <2>指定信号的方法：

(1) 信号的数字标识；1, 2, 9

(2) 信号完整名称；SIGHUP

(3) 信号的简写名称；HUP

补充：killall COMMAND：杀死所有COMMAND进程

      pkill -u USER：杀死所有以USER身份运行的进程

      pkill -u root：危险操作，切勿模仿

既然进程可以运行在后台，提供一种方法将多个进程同时运行在后台，增强效率。

    (f1.sh&);(f2.sh&);(f3.sh&)

    { f1.sh& f2.sh& f3.sh& }

    或者写在一个脚本中。 

    vi all.sh

    f1.sh&

    f2.sh&

    f3.sh&

7、进程管理工具

<1>ps axu

也可以通过特定的选项来显示信息

  ps -axo pid、comm、%cpu、%mem、state、tty、euser、ruser

  以上也证明了passwd适用于suid权限的，虽然运行用户是user，但其真正有效的是root

<2>uptime

开机时间

运行时间

登陆用户数目

平均负载：指在特定时间间隔内运行队列中的平均进程数

    第一分钟负载

    第五分钟负载

    第十分钟负载

    注意：1、5、10分钟的平均负载，一般不会超过1                            

    参考值：如果每个CPU内核的当前活动进程数不大于3的话，那么系统的性能良好。如果每个CPU内核的任务数大于5，那么这台机器的性能有严重问题。

         如果linux主机是1个双核CPU的话，当Load Average为6的时候说明机器已经被充分使用。

<3>top

Tasks

%Cpu(s)

对显示排序的方法：

首部信息显示：

注：

直接查看进程编号  pidof COMMAND  或者  ps aux | grep **—–>kill

<4>htop

比top更加高级的进程管理软件

f1帮助

f2切换CPU、mem、swap显示方式

f10退出

选中进程执行k

<5>vmstat：查看磁盘吞吐量

vmstat -s: 内存的汇总信息

swap:

io：

分别使用 dd if=/dev/sda of=/dev/null

         dd if=/dev/sda of=/tmp/f1 可做测试

<6>glances    h: 帮助信息                                                                                特性C/S结构

Server端：glances -s -B IP

Client端：glances -c IP                                                                    <7>dstat

磁盘的读写可通过dd if=/dev/sdb of=/dev/zero 测试

网络监控可通过ping -f IP -s 65507测试。