进程管理

博文参考

http://www.178linux.com/48784
http://share.zhbor.com/article/20278.html

进程管理

init 父进程  新建或结束子进程
顺序
循环
选择   
进程=数据+指令

linux 单内核 进程之间可以共享库 但两个进程同时打开一个文件 在内存是不可以共享的 每个进程都要打开一次 可以有多线程 一个父进程生成一个大线程的内存空间 在线程里在生成n个线程之间可以共享
模式转换 用户进程需要系统操作指令 内核在其切换 内核靠时钟驱动

进程概述

进程

内核的功用：进程管理、文件系统、网络功能、内存管理、驱动程序、安全功能等特权操作
模式切换（理想状态）：70%CPU时间用户模式+30%CPU时间内核模式
进程（Process）:是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的存在生命周期的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体，运行中的程序的一个副本；被载入到内存的一个指令集合
进程ID：PID号码被用来标记各个进程
UID、GID、和SELinux语境决定对文件系统的存取和访问权限，通常从执行进程的用户来继承
Linux内核存储进程信息的固定数据结构格式：task struct
多个任务的task struck组件的链表：task list

进程内存

Page Frame（页框）:用存储页面数据，存储Page 4k
物理地址空间和线性地址空间
物理地址空间：真实内存空间
线性地址空间：进程虚拟占据全部真实内存空间，而实际是用多少内核给分配多少LRU：Least Recently Used 近期最少使用算法,释放内存
MMU：Memory Management Unit（内存管理单元）负责转换线性和物理地址
常驻内存集：不可被交换的内存空间
虚拟内存集：可以被交换的内存空间

进程间通信机制

IPC: Inter Process Communication
同一主机上
signal（信号）
shm: shared memory（分享内存）
semophore：信号量，一种计数器
不同主机上
rpc: remote procedure call(远程过程调用)
socket（套接字）: IP和端口号

进程创建

引起创建进程的事件

在多道程序环境中，只有（作为）进程（时）才能在系统中运行。因此，为使程序能运行，就必须为它创建进程。导致一个进程去创建另一个进程的典型事件，可以有以下四类：
1） 用户登录
在分时系统中，用户在终端键入登录命令后，如果是合法用户，系统将为该终端建立一个进程，并把它插入到就绪队列中。
2）作业调度
在批处理系统中，当作业调度程序按照一定的算法调度到某作业时，便将该作业装入到内存，为它分配必要的资源，并立即为它创建进程，再插入到就绪队列中。
3） 提供服务
当运行中的用户程序提出某种请求后，系统将专门创建一个进程来提供用户所需要的服务，例如，用户程序要求进行文件打印，操作系统将为它创建一个打印进程，这样，不仅可以使打印进程与该用户进程并发执行，而且还便于计算出为完成打印任务所花费的时间。
4） 应用请求
在上述三种情况中，都是由系统内核为它创建一个新进程，而这一类事件则是基于应用进程的需求，由它创建一个新的进程，以便使新进程以并发的运行方式完成特定任务。

进程的创建过程

一旦操作系统发现了要求创建新进程的事件后，便调用进程创建原语create()按下述步骤创建一个新进程。
1） 申请空白PCB。为新进程申请获得唯一的数字标识符，并从PCB集合中索取一个空白PCB。
2） 为新进程分配资源。为新进程的程序和数据以及用户栈分配必要的内存空间。显然，此时操作系统必须知道新进程所需要的内存大小。
3） 初始化进程控制块。PCB的初始化包括：
①初始化标识信息，将系统分配的标识符和父进程标识符，填入新的PCB中。
②初始化处理机状态信息，使程序计数器指向程序的入口地址，使栈指针指向栈顶。
③初始化处理机控制信息，将进程的状态设置为就绪状态或静止就绪状态，对于优先级，通常是将它设置为最低优先级，除非用户以显式的方式提出高优先级要求。
4） 将新进程插入就绪队列，如果进程就绪队列能够接纳新进程，便将新进程插入到就绪队列中。

进程终止

1.引起进程终止的事件
1）正常结束
在任何计算机系统中，都应该有一个表示进程已经运行完成的指示。例如，在批处理系统中，通常在程序的最后安排一条Hold指令或终止的系统调用。当程序运行到Hold指令时，将产生一个中断，去通知OS本进程已经完成。
2）异常结束
在进程运行期间，由于出现某些错误和故障而迫使进程终止。这类异常事件很多，常见的有：越界错误，保护错，非法指令，特权指令错，运行超时，等待超时，算术运算错，I/O故障。
3）外界干预
外界干预并非指在本进程运行中出现了异常事件，而是指进程应外界的请求而终止运行。这些干预有：操作员或操作系统干预，父进程请求，父进程终止。

init:系统的第一个进程

进程：进程之间为父子关系都有其父进程创建（CoW写时复制）
1、系统父进程以fork()方式产生一个一模一样的子进程，这个进程与父进程唯一的差别就是PID不同，但是这个进程还会多一个PPID的参数，PPID就是父进程的程序识别码PID
2、然后复制clone()出来的子进程再来运行实际要执行的程序

进程优先

    内核管理： 依据   算法+数据结构
    1）进程调度
    2）优先级
    
系统优先级： 数字越小，优先级越高
0-139（ CentOS4,5）
各有140个运行队列和过期队列
0-98， 99（ CentOS6）
实时优先级: 99-0：值最大优先级最高
静态优先级：100-139
nice值： -20到19，对应系统优先级100-139或99

Big O：时间复杂度，用时和规模的关系
O(1)：规模变化但是，耗费时间恒定
O(logn)：
O(n)线性：
O(n^2)抛物线：
O(2^n)：耗费时间随着规模变大急剧变大

进程状态

Linux内核：抢占式多任务工作模式

进程类型：

1）守护进程（服务）: daemon,由内核在系统引导过程中启动的进程， 和终端无关进程
2）前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程（用户进程）
注意：两者可相互转化
进程状态：
运行态： running
就绪态： ready（可以运行但是没运行）
睡眠态：
1）可中断： interruptable
2）不可中断： uninterruptable
数据从磁盘——>内核内存——>进程内存——>进程处理数据
第一阶段为数据装入
第二阶段为数据I/O
停止态： stopped,暂停于内存中，但不会被调度，除非手动启动
僵死态： zombie，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭

系统管理工具

根据进程占用资源的多少可以讲进程分为（进程的分类）：
CPU-Bound： CPU密集型（对CPU密集型是对cpu占用率高的进程），非交互
IO-Bound： IO密集型（等待I/O时间长的进程），交互

推荐书籍：《Linux内核设计于实现》、《深入理解Linux内核》

Linux系统状态的查看及管理工具： pstree, ps, pidof,pgrep, top, htop, glance, pmap, vmstat, dstat, kill,pkill, job, bg, fg, nohup

init分类

CentOS5:SysV init
CentOS6:upstart
CentOS7:Systemd

Linux终端类型

控制台：/dev/console
物理终端：
虚拟终端：/dev/tty[1-6]
模拟终端：/dev/pts/#
串行终端：/dev/ttyS#
进程分类
批量处理进程
交互式进程
实时进程

进程管理管理命令

ps， pstree， pidof， pgrep， top， htop， pmap， vmstat， dstat， nice， renice， kill， jobs， killall， fg， bg， nohup。 

pstree

-a 　显示每个程序的完整指令，包含路径，参数或是常驻服务的标示。
-c 　不使用精简标示法。
-G 　使用VT100终端机的列绘图字符。
-h 　列出树状图时，特别标明执行的程序。
-H<程序识别码> 　此参数的效果和指定"-h"参数类似，但特别标明指定的程序。
-l 　采用长列格式显示树状图。
-n 　用程序识别码排序。预设是以程序名称来排序。
-p 　显示程序识别码。
-u 　显示用户名称。
-U 　使用UTF-8列绘图字符。
-V 　显示版本信息。

ps

与终端相关进程：a
与终端无关进程：x
R
S
D
T
Z
s
+
1
N
<
u
-e：显示所有进程
-f：显示完整格式列表
-F：显示额外信息
-H：显示进程的层次信息

常用组合

ps aux
ps -ef
ps -eFH
自定义显示信息：-o
ps axo pid,command
[root@mm ~]#ps axo pid,ni
rtprio:实时优先级
ni：nice值
pri:优先级
psr:运行的cpu

UID/PID/PPID：进程发起者/进程号/父进程号
C：显示cpu利用率 单位：百分比 实验：dd if=/dev/zero of=/dev/null &
STIME：进程的启动时间，指从什么时候启动的进程
TTY：登录者的终端位置，远程登录pts/n，本地登陆ttyn，？系统进程
TIME：进程实际花费cpu运行时间，不是系统时间
CMD：command的缩写，触发此进程的命令

USER：进程的发起者
PID：进程号
%CPU：进程使用掉的cpu资源百分比
%MEM：进程所占用物理内存百分比
VSZ：进程使用掉的虚拟内存大小，单位kb
RSS：进程占用的固定内存大小，单位kb
TTY：进程在那个终端运行
STAT：进程目前的状态
START：进程被触发的时间
TIME：进程实际使用cpu的时间
COMMAND：触发此进程的命令

进程管理状态

R 运行态：running
就绪态：ready
睡眠态：sleeping
S 可中断睡眠：interruptible
D 不可中断睡眠：uninterruptible
T 停止态：stopped
Z 僵死态：zombie
s：session leader 有子进程
+：前台进程
l：多线程进程
N：低优先级进程
<: 高优先级进程                   

pgrep

-U：用户进程PID
-G：
-u uid：显示生效用户的进程
-U uid：显示用户启动的进程
-t TERMINAL：与指定的终端相关的进程；
-l：显示进程名；
-a：显示完整格式的进程名
-p pid：显示进程对应的子进程

pidof

pidof PROGRAM（程序 指令）
显示指定命令启动的进程ID
-s：仅返回一个进程号；
-c：仅显示具有相同“root”目录的进程；
-x：显示由脚本开启的进程；
-o：指定不显示的进程ID。

top

M：内存占用百分比大小排序
P：cpu占用百分比大小排序，默认
T：累计占有时长排序
l：是否显示负载信息
t：是否显示cpu和进程的统计信息
m：是否显示内存和交互分区的信息
q：退出
k：kill，杀掉进程
s：改变top刷新频率
-d #：指定刷新时间间隔
-n #：指定刷新次数
-b：以批次显示top刷新
[root@mm ~]#top -b -n 3

第一行：
当前的系统时间
系统启动到现在所经过的时间
当前已经登录的系统用户数
系统在1，5，15分钟的平均负载，值越小表示系统越空闲，高于1注意系统负载过高。
第二行：
显示进程总量与进程运行的状态（zombie不为0检查那个进程处于僵死态。干掉）
第三行：
显示cpu整体负载，多核cpu可以按1切换不同的cpu
us：用户运行程序占用cpu百分比
sy：运行内核占用cpu百分比
ni：用户进程空间所改变过优先级的进程占用cpu百分比
id：空闲cpu百分比
wa：等待I/O花费时间
hi：硬键中断占用cpu百分比
si：软键中断占用cpu百分比
st：被虚拟机“偷走”的百分比
第四行：
物理内存使用情况
第五行：
交换分区使用情况
第六行：
默认空白行可以输入命令如下：
P：按占据的cpu百分比大小排序
M：按占据Memory（内存）空间大小排序
T：cpu累积占用时间排序
l：是否显示系统负载
t：是否显示进程摘要与cpu负载信息
1：平均或单独显示cpu的负载状态
m：是否显示内存相关的状态信息
s：修改延时时长
k：终止进程
q：退出
后面部分：
PID：每个进程id
USER：进程所属的使用者
PR：进程优先级

htop

命令行选项：

-d #–delay=DELAY　　　　 设置延迟更新时间，单位秒
-u –user=USERNAME　　 只显示一个给定的用户的进程
-s –sort-key COLUME: 以指定字段进行排序；
-C –no-color　　　　 　　 使用一个单色的配色方案
-p –pid=PID,PID…　　　 只显示给定的PIDs
u：选择指定用户的进程
l：显示进程打开的文件列表
s：显示进程执行的系统调用
a：绑定进程到指定的cpu上
#：快速将光标定位之指定的PID进程上    

htop界面子命令：
交互式命令（INTERACTIVE COMMANDS）

上下键或PgUP, PgDn 选定想要的进程，左右键或Home, End 移动字段，当然也可以直接用鼠标选定进程；
Space 标记/取消标记一个进程。命令可以作用于多个进程，例如 "kill"，将应用于所有已标记的进程
U 取消标记所有进程
s 选择某一进程，按s:用strace追踪进程的系统调用
l 显示进程打开的文件: 如果安装了lsof，按此键可以显示进程所打开的文件
I 倒转排序顺序，如果排序是正序的，则反转成倒序的，反之亦然
a (在有多处理器的机器上)设置 CPU affinity: 标记一个进程允许使用哪些CPU
u 显示特定用户进程
M 按Memory 使用排序
P 按CPU 使用排序
T 按Time+ 使用排序
F 跟踪进程: 如果排序顺序引起选定的进程在列表上到处移动，让选定条跟随该进程。这对监视一个进程非常有用：通过这种方式，你可以让一个进程在屏幕上一直可见。使用方向键会停止该功能。
K 显示/隐藏内核线程
H 显示/隐藏用户线程
Ctrl-L 刷新
Numbers PID 查找: 输入PID，光标将移动到相应的进程上

vmstat

[root@mm ~]#vmstat -s 显示内存统计数据
-a：显示活动内页；
-f：显示启动后创建的进程总数；
-m：显示slab信息；
-n：头信息仅显示一次；
-s：以表格方式显示事件计数器和内存状态； 
-d：报告磁盘状态；
-p：显示指定的硬盘分区状态；
-S：输出信息的单位。

procs
r：运行或等待cpu时间片的进程的个数
b：被阻塞（通常为等待I/O完成）的进程的长度
memory
swpd：从物理内存交互至swap中的数据量
free：未使用的内存大小
buffer：buffer空间大小，通常与缓存写操作相关
cache：cache空间大小，通常与缓存读操作相关
swap
si：swap in 数据进入swap中的数据量，通常是速率。kb/s
so：swap out 数据离开swap中的数据量，通常是速率。kb/s
io：
bi：block in：从块设备读入的数据量，通常是速率，kb/s
bo：block out：保存至块设备中的数据量，通常是速率，kb/s

in：中断发生频率。每秒的中断数
cs：context switch 上下文切换，进程切换，通常是速率，kb/s
cpu：
us：用户空间的使用率
sy：内核空间的使用率
id：空闲
wa：等待的
st：被偷走的

dstat

标准使用格式：
dstat [-afv] [options..] [delay [count]]

直接使用dstat，默认使用的是-cdngy参数，分别显示cpu、disk、net、page、system信息，默认是1s显示一条信息。可以在最后指定显示一条信息的时间间隔，如dstat 5是没5s显示一条，dstat 5 10表示没5s显示一条，一共显示10条。

选项：

-c：显示CPU系统占用，用户占用，空闲，等待，中断，软件中断等信息。
-C 0,3,total：当有多个CPU时候，此参数可按需分别显示cpu状态，例：-C 0,1 是显示cpu0和cpu1的信息。
-d,–disk：显示磁盘读写数据大小。
-D total,hda：统计指定磁盘或汇总信息
-g：显示页面使用情况。
-i, –int 显示中断统计
-I 5,10 统计系统负载情况，包括1分钟、5分钟、15分钟平均值
-l, –load 显示系统负载情况。
-m –mem：显示内存使用情况。
-n –net：显示网络状态。
-N eth1,total：有多块网卡时，指定要显示的网卡。
-p：显示进程状态。
-r：I/O请求情况。
-s：显示交换分区使用情况。
-S：类似D/N。
-t, –time：显示统计时时间，对分析历史数据非常有用
-T,–epoch:启用时间计时器（秒）
-y, –sys：统计系统信息，包括中断、上下文切换
–tcp:统计tcp信息
–udp：统计udp信息
–unix：统计unix信息
–raw：统计raw信息
–socket：用来显示tcp udp端口状态。
–ipc：报告IPC消息队列和信号量的使用情况
–top-cpu：显示最占用CPU的进程
–top-io: 显示最占用io的进程
–top-mem: 显示最占用内存的进程
–top-latency: 显示延迟最大的进程

通过dstat –list可以查看dstat能使用的所有参数，其中上面internal是dstat本身自带的一些监控参数，下面/usr/share/dstat中是dstat的插件，这些插件可以扩展dstat的功能，如可以监控电源（battery）、mysql等。

kill

向进程发送控制信号，以实现对进程管理
kill 命令：发送指定的信号到相应进程。不指定信号将发送SIGTERM（15）终止指定进程。若仍无法终止该程序可用“-KILL” 参数，其发送的信号为SIGKILL(9) ，将强制结束进程，使用ps命令或者jobs 命令可以查看进程号。root用户将影响用户的进程，非root用户只能影响自己的进程
标准使用格式：
kill [-s signal|-p] [-q sigval] [-a] [–] pid…
kill -l [signal]

选项：

-a：当处理当前进程时，不限制命令名和进程号的对应关系；
-l <信息编号>：若不加<信息编号>选项，则-l参数会列出全部的信息名称；
-p：指定kill 命令只打印相关进程的进程号，而不发送任何信号；
-s <信息名称或编号>：指定要送出的信息；
-u：指定用户。

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
指定信号的方法：
(1) 信号的数字标识； 例如：1, 2, 9
(2) 信号完整名称； 例如：SIGHUP
(3) 信号的简写名称； 例如：HUP

只有第9种信号(SIGKILL)才可以无条件终止进程，其他信号进程都有权利忽略，下面是常用的信号：
HUP 1 终端断线
INT 2 中断（同 Ctrl + C）
QUIT 3 退出（同 Ctrl + \）
TERM 15 终止
KILL 9 强制终止
CONT 18 继续（与STOP相反， fg/bg命令）
STOP 19 暂停（同 Ctrl + Z）

killall

killall命令使用进程的名称来杀死进程，使用此指令可以杀死一组同名进程。我们可以使用kill命令杀死指定进程PID的进程，如果要找到我们需要杀死的进程，我们还需要在之前使用ps等命令再配合grep来查找进程，而killall把这两个过程合二为一，是一个很好用的命令。
killall(选项)(参数)

选项：

-e：对长名称进行精确匹配；
-l：忽略大小写的不同；
-p：杀死进程所属的进程组；
-i：交互式杀死进程，杀死进程前需要进行确认；
-l：打印所有已知信号列表；
-q：如果没有进程被杀死。则不输出任何信息；
-r：使用正规表达式匹配要杀死的进程名称；
-s：用指定的进程号代替默认信号“SIGTERM”；
-u：杀死指定用户的进程。

作业管理

作业控制

Linux的作业控制
前台作业：通过终端启动，且启动后一直占据终端；
后台作业：可通过终端启动，但启动后即转入后台运行（释放终端）
如何让作业运行于后台？
(1) 运行中的作业： Ctrl+z
注意：送往后台后，作业会转为停止态；
(2) 尚未启动的作业： # COMMAND &
注意：后台作业虽然被送往后台运行，但其依然与终端相关；退出终端，将关闭后台作业。如果希望送往后台后，剥离与终端的关系，可以运行以下命令
# nohup COMMAND &
#screen;COMMAND

作业查看

jobs

可实现作业控制的常用命令：
# fg [[%]JOB_NUM]：把指定的后台作业调回前台；
# bg [[%]JOB_NUM]：让送往后台的作业在后台继续运行；
# kill [%JOB_NUM]：终止指定的作业；

并行提高效率

同时运行多个进程，提高效率
编写脚本
例如：
vi all.sh
f1.sh&
f2.sh&
f3.sh&
或
(f1.sh&);(f2.sh&);(f3.sh&)
或
{ f1.sh& f2.sh& f3.sh& }

进程优先级

进程优先级调整：
静态优先级： 100-139
进程默认启动时的nice值为0，优先级为120
只有根用户才能降低nice值（提高优先性）

nice

nice命令以指定的优先级运行命令，这会影响相应进程的调度。
如果不指定命令，程序会显示当前的优先级。优先级的范围是从 -20(最大优先级) 到 19 (最小优先级)。
使用格式：
nice [OPTION] [COMMAND [ARG]…]
选项：
-n, –adjustment=N 对优先级数值加上指定整数N (默认为10)

示例:

renice

renice命令可以修改正在运行的进程的调度优先级。预设是以程序识别码指定程序调整其优先权，您亦可以指定程序群组或用户名称调整优先权等级，并修改所有隶属于该程序群组或用户的程序的优先权。只有系统管理者可以改变其他用户程序的优先权，也仅有系统管理者可以设置负数等级。
renice [-n] priority [[-p] pid …] [[-g] pgrp …] [[-u]user …]
参　　数：
-n, –adjustment=N 对优先级数值加上指定整数N (默认为10)
-g <程序群组名称>：使用程序群组名称，修改所有隶属于该程序群组的程序的优先权。
-p <程序识别码>：改变该程序的优先权等级，此参数为预设值。
-u <用户名称>：指定用户名称，修改所有隶属于该用户的程序的优先权。

查看Nice值和优先级：
#ps axo pid,comm,ni,priorlty