linux進程管理及工具的講解

首言

計算機實際上可以做的事情實質上非常簡單，比如計算兩個數的和，再比如在內存中尋找某個地址等等。這些最基礎的計算機動作被稱爲指令。所謂的程序，就是這樣一系列指令所構成的集合。通過程序，我們可以讓計算機完成複雜的操作。程序大多數時候被存儲爲可執行的文件。
進程是程序的一個具體實現，同一個程序可以被執行多次，每次都可以在內存中開闢獨立的空間來裝載，從而產生多個進程。不同的進程號可以擁有各自獨立的IO接口。操作系統的一個重要功能就是爲進程提供方便，比如說爲進程分配內存空間，管理進程的相關信息等等。
linux是一種動態系統，能夠適應不斷變化的計算需求。linux計算需求的表現是以進程的通用抽象爲中心的。進程可以是短期的（從命令行執行的一個命令），也可以是長期的（一種網絡服務）。因此，對進程及其調度進行一般管理就顯得極爲重要。
在用戶空間，進程是由進程標識符（PID）表示的。從用戶的角度來看，一個PID是一個數字值，可唯一標識一個進程。一個PID在進程的整個生命期間不會更改，單PID可以在進程銷燬後被重新使用。

程序：保存在硬盤，光盤等介質中的可執行代碼和數據；是靜態保存的代碼
進程：在cpu及內存中運行的動態執行的程序代碼
同一個程序可能對應多個進程
線程：有時被稱爲輕量級進程，時程序執行流的最小單位
每個運行中的程序就是一個進程，當一個程序運行時，內部可能包含了多個順序執行流，每個順序執行流就是一個線程。

一 進程和線程的區別

他們是不同的操作系統資源管理方式。進程有獨立的地址空間，一個進程崩潰後，在保護模式下不會對其他進程產生影響，而線程只是一個進程中的不同執行路徑，線程有自己的堆棧和局部變量，但線程之間沒有獨立的地址空間，一個線程死掉就等於整個進程死掉。所以多進程的程序要比多線程的程序健壯，但在進程切換時，耗費資源較大，效率要差一些。對於一些要求同時進行並且又要共享某些變量的併發操作，只能用線程，不能用進程。
（1）地址空間和其它資源（如打開文件）：進程間互相獨立，同一進程的各線程間共享。
（2）通信：進程間通信：共享內存，信號等；線程間通信可以直接讀寫進程數據段（如全局變量）來通信–需要進程同步和互斥手段的輔助，以保證數據的一致性。
（3）調度和切換：線程上下文切換要比進程上下文切換快的多。
（4）在多線程的OS中，進程不是一個可執行的實體。？？？？

進程被存放在叫做任務鏈表（task list）的雙向循環鏈表中，linux內核存儲進程信息的固定格式：task struct
進程上下文切換：指多任務系統中，CPU的控制權由運行任務，轉移到另外一個就緒任務時所發生的時間；當前運行任務轉爲就緒（或者掛起，刪除）狀態，另外一個被選定的就緒任務成爲當前任務。

二 進程創建

在linux系統中，所有進程都是PID爲1的init進程的後代。內核在啓動的最後階段啓動init進程。該進程讀取系統的初始化腳本，並執行其他的相關程序，最終完成系統啓動的整個進程。
進程是系統中基本的執行單位（線程是最小的調度單位），可以利用fork函數創建一個新的進程。

pid_t fork(void)

fork()函數不需要參數，但返回兩次，返回值有三種情況：
（1）對於父進程，fork函數返回新的子進程ID。
（2）對於子進程，fork函數執行成功返回0
（3）如果出錯，fork函數返回-1

內核採用寫時複製技術，fork函數創建一個新的進程，並從內核中爲此進程得到一個新的可用進程ID，之後，爲這個新進程分配進程空間，並將父進程的進程空間中的內容複製到子進程的進程空間中，包括父進程的數據段+堆棧段，並與父進程共享代碼段。
fork函數之後，子進程從等待fork返回開始執行，而不是從頭開始。
注意：子進程完全複製了父進程的地址空間的內容，包括堆棧段+數據段的內容。但是，子進程並沒有複製代碼段，而是和父進程共享代碼段。代碼段是隻讀的，不存在修改的問題，因此可以共用。在創建一個子進程後，子進程的地址空間和父進程分開，父子進程是兩個獨立的進程。

linux環境下提供一個和fork函數類似的函數，可以用來創建一個共用父進程地址空間的子進程

pid_t vfork();

（1）vfork產生的子進程和父進程完全共享地址空間，包括代碼段+數據段+堆棧段。子進程對共享資源進行的修改，也會影響到父進程。
（2）vfork函數產生的子進程一定比父進程先運行。即父進程調用了vfork函數後會等待子進程運行後再運行。

三 進程優先級

PRI（0-139：)
    1-99：實時優先級；
    100-139：靜態優先級；數字越小，優先級越高；
        Nice值：-20，19，表示進程可被執行的優先級的修正數值。加入nice值後，
        將會使得PRI變爲：PRI（new）=PRI（old）+nice。普通用戶只能使用+nice，
        系統管理員可以使用所有。

四 內存劃分爲：用戶空間和內核空間

在用戶空間裏運行的進程，就是用戶進程，所屬的狀態爲用戶態
在內核空間裏運行的進程，就是內核進程，所屬的狀態爲內核態
例：執行內核裏的代碼的時候，就是數與內核態。
linux的kernel其實就是一個軟件，比較核心而已。
內核作用：進程管理，文件系統，網絡功能，內存管理，驅動程序，安全功能

五 linux內核：搶佔式多任務

進程類型：
  守護進程：在系統引導過程中啓動的進程，跟終端無關的進程；
  前臺進程：跟終端相關，通過終端啓動的進程
    注意：也可把再前臺啓動的進程送往後後臺，以守護進程模式運行；

進程狀態：
  運行態：running
  就緒態：ready
  睡眠態：
    可中斷：interruptable
    不可中斷：uninterruptable
  停止態：stopped，暫停於內存中，但不會被調度，除非手動啓動；
  僵死態：zombie

進程的分類：
  CPU-Bound
  IO-Bound

六 Linux進程查看及管理的工具

pstree

pstree - display a tree of process
pstree -p ：顯示其pid

注意：使用{}的是進程的線程

ps: process state

ps - report a snapshot of the current process
查看靜態的進程統計信息
linux系統各進程相關信息均保存再/proc/PID目錄下的各文件中；

ps [options]...
  常用組合：aux
    u：以用戶爲中心組織進程狀態信息顯示；
    a：與終端相關的進程；
    x：與終端無關的進程；
    p]# ps aux
    USER  PID %CPU %MEM  VSZ  RSS TTY  STAT START  TIME COMMAND
      VSZ：Virtual memry SiZe，虛擬內存集
      RSS：ReSident Size，常駐內存集
      STAT：進程狀態
        R：running  S：interruptable sleeping
        D： uninteruptable sleeping  T：stopped  Z：zombie
        +：前臺進程  l：多線程進程  N：低優先級進程
        <：高優先級進程  s：session leader

  常用組合：-ef
    -e：顯示所有進程
    -f：顯示完整格式程序信息

  常用組合：-eFH
    -F：顯示完整格式的進程信息
    -H：以進程層級結構格式顯示進程相關信息

  常用組合： -eo ，axo 自定義顯示項
    -eo pid，tid，class，rtprio，ni，pri，psr，pcpu，stat，comm
    0axo stat，euid，ruid，tty，tpgid，sess，pgrp，ppid，pid，pcpu，comm
      ni：nice值
      pri：priority，優先級
      psr：processor，CPU
      rtprio：實時優先級

pgrep pkill

pgrep [options] pattern
pkill [options] pattern
  -u uid: effective user
  -U uid: real user
  -t terminal: 與指定終端相關的進程
  -l：顯示進程名
  -a：顯示完整格式的進程名
  -P pid：顯示其父進程爲此處指定的進程的進程列表

pidof

根據進程名獲取其PID；

top

排序：  P：以佔據CPU百分比；
       M：佔據內存百分比；
       T：累積佔據CPU時長；

首部信息提示： uptime信息： l命令
             tasks及cpu信息：t命令
                CPU分別顯示：1
             memory信息：m命令
退出命令：q
修改刷新時間間隔：s
終止指定進程：k

解析：load average：0.06,0.60,0.48
表示系統負載，即任務隊列的平均長度。
三個數值分別爲1分鐘，5分鐘，15分鐘前到現在的平均值。

w和uptime也可以查看top的頂頭信息

htop

下載地址：https://mirrors.aliyun.com/epel/

選項：
  -d #：指定延遲時間；
  -u UserName：僅顯示指定用戶的進程；
  -s COLOMN：以指定字段進行排序；
命令：
  s：跟蹤選定進程的系統調用；
  l：顯示選定進程打開的文件列表；
  a：將選定的進程綁定至某指定CPU核心；
  t：顯示進程樹

vmstat命令

顯示虛擬內存狀態
用法： vmstat [options] [delay [count]]

procs:  r：等待運行的進程的個數；
        b：處於不可終端睡眠態的進程的個數；
memory：  swpd：交換內存的使用總量；
          free：空閒物理內存總量；
          buffer：用於buffer的內存總量
          cache：用於cache的內存總量
swap：  si：數據進入swap中的數據速率（kb/s）
        so：數據離開swap中的數據速率（kb/s）
io：   bi：從塊設備讀入數據到系統的速率；
       bo：保存數據至塊設備的速率；
system： in：interrupts，中斷速率；
         cs：context switch，進程切換速率；

選項： -s：顯示內存的統計數據 /proc/meminfo

kill命令

向進程發送控制信號，以實現對進程管理
顯示當前系統可用信號：
  # kill -l
  # man 7 signal

常用信號： 
  1）SIGHUP：無須關閉進程而讓其重度配置文件；
  2）SIGINT：終止正在運行的進程，相當於Ctrl+c
  9）SIGKILL：殺死正在運行的進程；
  15）SIGTERM：終止正在運行的進程；

指定信號的方法：
  （1）信號的數字標示：1，2，9
  （2）信號完整名稱：SIGHUP
  （3）信號的簡寫名稱：HUP

向進程發信號：
  kill [-SIGNAL] PID...

終止“名稱“之下的所有進程：
  killall [-SIGNAL] Program