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Linux基础 -- 进程管理

兴趣使然的程序员
 兴趣使然的程序员
发布于 2017/09/08 13:51
字数 3998
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1、 进程的查看

不管在测试的时候、在实际的生产环境中,还是自己的使用过程中,难免会遇到一些进程异常的情况,所以 Linux 为我们提供了一些工具来查看进程的状态信息。我们可以通过 :

  • top 实时得查看进程的状态,以及系统的一些信息(如 CPU、内存信息等),
  • ps 来静态查看当前的进程信息
  • pstree 来查看当前活跃进程的树形结构。

1.1 top 工具的使用

top 工具是我们常用的一个查看工具,能实时的查看我们系统的一些关键信息的变化:

top

实验楼

top 是一个在前台执行的程序,所以执行后便进入到这样的一个交互界面,正是因为交互界面我们才可以实时的获取到系统与进程的信息。在交互界面中我们可以通过一些指令来操作和筛选。在此之前我们先来了解显示了哪些信息。

我们看到 top 显示的第一排,

内容 解释
top 表示当前程序的名称
11:05:18 表示当前的系统的时间
up 8 days,17:12 表示该机器已经启动了多长时间
1 user 表示当前系统中只有一个用户
load average: 0.29,0.20,0.25 分别对应1、5、15分钟内cpu的平均负载

load average 在 wikipedia 中的解释是 the system load is a measure of the amount of work that a computer system is doing 也就是对当前 CPU 工作量的度量,具体来说也就是指运行队列的平均长度,也就是等待 CPU 的平均进程数相关的一个计算值。

我们该如何看待这个load average 数据呢?

假设我们的系统是单 CPU、单内核的,把它比喻成是一条单向的桥,把CPU任务比作汽车。

  • load = 0 的时候意味着这个桥上并没有车,cpu 没有任何任务;
  • load < 1 的时候意味着桥上的车并不多,一切都还是很流畅的,cpu 的任务并不多,资源还很充足;
  • load = 1 的时候就意味着桥已经被车给沾满了,没有一点空隙,cpu 的已经在全力工作了,所有的资源都被用完了,当然还好,这还在能力范围之内,只是有点慢而已;
  • load > 1 的时候就意味着不仅仅是桥上已经被车占满了,就连桥外都被占满了,cpu 已经在全力的工作了,系统资源的用完了,但是还是有大量的进程在请求,在等待。若是这个值大于2,大于3,超过 CPU 工作能力的 2,3。而若是这个值 > 5 说明系统已经在超负荷运作了【注释1】

这是单个 CPU 单核的情况,而实际生活中我们需要将得到的这个值除以我们的核数来看。我们可以通过一下的命令来查看 CPU 的个数与核心数

#查看物理CPU的个数
#cat /proc/cpuinfo |grep "physical id"|sort |uniq|wc -l

#每个cpu的核心数
cat /proc/cpuinfo |grep "physical id"|grep "0"|wc -l

通过上面的指数我们可以得知 load 的临界值为 1 ,但是在实际生活中,比较有经验的运维或者系统管理员会将临界值定为0.7。这里的指数都是除以核心数以后的值,不要混淆了

  • 若是 load < 0.7 并不会去关注他;
  • 若是 0.7< load < 1 的时候我们就需要稍微关注一下了,虽然还可以应付但是这个值已经离临界不远了;
  • 若是 load = 1 的时候我们就需要警惕了,因为这个时候已经没有更多的资源的了,已经在全力以赴了;
  • 若是 load > 5 的时候系统已经快不行了,这个时候你需要加班解决问题了

通常我们都会先看 15 分钟的值来看这个大体的趋势,然后再看 5 分钟的值对比来看是否有下降的趋势。

查看 busybox 的代码可以知道,数据是每 5 秒钟就检查一次活跃的进程数,然后计算出该值,然后 load 从 /proc/loadavg中读取的。而这个 load 的值是如何计算的呢,这是 load 的计算的源码

#define FSHIFT      11          /* nr of bits of precision */
#define FIXED_1     (1<<FSHIFT) /* 1.0 as fixed-point(定点) */
#define LOAD_FREQ   (5*HZ)      /* 5 sec intervals,每隔5秒计算一次平均负载值 */
#define CALC_LOAD(load, exp, n)     \
         load *= exp;               \
         load += n*(FIXED_1 - exp); \
         load >>= FSHIFT;

unsigned long avenrun[3];

EXPORT_SYMBOL(avenrun);

/*
* calc_load - given tick count, update the avenrun load estimates.
* This is called while holding a write_lock on xtime_lock.
*/
static inline void calc_load(unsigned long ticks)
{
        unsigned long active_tasks; /* fixed-point */
        static int count = LOAD_FREQ;
        count -= ticks;
        if (count < 0) {
                count += LOAD_FREQ;
                active_tasks = count_active_tasks();
                CALC_LOAD(avenrun[0], EXP_1, active_tasks);
                CALC_LOAD(avenrun[1], EXP_5, active_tasks);
                CALC_LOAD(avenrun[2], EXP_15, active_tasks);
        }
}

有兴趣的朋友可以研究一下,是如何计算的。代码中的后面这部分相当于它的计算公式

我们回归正题,来看 top 的第二行数据,基本上第二行是进程的一个情况统计

内容 解释
Tasks: 26 total 进程总数  
1 running 1个正在运行的进程数
25 sleeping 25个睡眠的进程数
0 stopped  没有停止的进程数
0 zombie 没有僵尸进程数

来看 top 的第三行数据,这一行基本上是 CPU 的一个使用情况的统计了

内容 解释
Cpu(s): 1.0%us 用户空间进程占用CPU百分比
1.0% sy 内核空间运行占用CPU百分比
0.0%ni 用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比
97.9%id 空闲CPU百分比
0.0%wa 等待输入输出的CPU时间百分比
0.1%hi 硬中断(Hardware IRQ)占用CPU的百分比
0.0%si 软中断(Software IRQ)占用CPU的百分比
0.0%st (Steal time) 是 hypervisor 等虚拟服务中,虚拟 CPU 等待实际 CPU 的时间的百分比

CPU 利用率是对一个时间段内 CPU 使用状况的统计,通过这个指标可以看出在某一个时间段内 CPU 被占用的情况,而 Load Average 是 CPU 的 Load,它所包含的信息不是 CPU 的使用率状况,而是在一段时间内 CPU 正在处理以及等待 CPU 处理的进程数情况统计信息,这两个指标并不一样

来看 top 的第四行数据,这一行基本上是内存的一个使用情况的统计了:

内容 解释
8176740 total 物理内存总量
8032104 used 使用的物理内存总量
144636 free 空闲内存总量
313088 buffers 用作内核缓存的内存量

注意

系统的中可用的物理内存最大值并不是 free 这个单一的值,而是 free + buffers + swap 中的 cached 的和

来看 top 的第五行数据,这一行基本上是交换区的一个使用情况的统计了

内容 解释
total 交换区总量
used 使用的交换区总量
free 空闲交换区总量
cached 缓冲的交换区总量,内存中的内容被换出到交换区,而后又被换入到内存,但使用过的交换区尚未被覆盖

在下面就是进程的一个情况了

列名 解释
PID 进程id
USER 该进程的所属用户
PR 该进程执行的优先级 priority 值
NI 该进程的 nice 值
VIRT 该进程任务所使用的虚拟内存的总数
RES 该进程所使用的物理内存数,也称之为驻留内存数
SHR 该进程共享内存的大小
S 该进程进程的状态: S=sleep R=running Z=zombie
%CPU 该进程CPU的利用率
%MEM 该进程内存的利用率
TIME+ 该进程活跃的总时间
COMMAND 该进程运行的名字

注意

NICE 值叫做静态优先级,是用户空间的一个优先级值,其取值范围是-20至19。这个值越小,表示进程”优先级”越高,而值越大“优先级”越低。nice值中的 -20 到 19,中 -20 优先级最高, 0 是默认的值,而 19 优先级最低

PR 值表示 Priority 值叫动态优先级,是进程在内核中实际的优先级值,进程优先级的取值范围是通过一个宏定义的,这个宏的名称是 MAX_PRIO,它的值为 140。Linux 实际上实现了 140 个优先级范围,取值范围是从 0-139,这个值越小,优先级越高。而这其中的 0 - 99 是实时进程的值,而 100 - 139 是给用户的。

其中 PR 中的 100 to 139 值部分有这么一个对应 PR = 20 + (-20 to +19),这里的 -20 to +19 便是nice值,所以说两个虽然都是优先级,而且有千丝万缕的关系,但是他们的值,他们的作用范围并不相同

VIRT 任务所使用的虚拟内存的总数,其中包含所有的代码,数据,共享库和被换出 swap空间的页面等所占据空间的总数

在上文我们曾经说过 top 是一个前台程序,所以是一个可以交互的

常用交互命令 解释
q 退出程序
I 切换显示平均负载和启动时间的信息
P 根据CPU使用百分比大小进行排序
M 根据驻留内存大小进行排序
i 忽略闲置和僵死的进程,这是一个开关式命令
k 终止一个进程,系统提示输入 PID 及发送的信号值。一般终止进程用 15 信号,不能正常结束则使用 9 信号。安全模式下该命令被屏蔽。

好好的利用 top 能够很有效的帮助我们观察到系统的瓶颈所在,或者是系统的问题所在。

1.2 ps 工具的使用

ps 也是我们最常用的查看进程的工具之一,我们通过这样的一个命令来了解一下,他能给我带来哪些信息

  • ps aux

实验楼

  • ps axjf

实验楼

我们来总体了解下会出现哪些信息给我们,这些信息又代表着什么(更多的 keywords 大家可以通过 man ps 了解)

内容 解释
F 进程的标志(process flags),当 flags 值为 1 则表示此子程序只是 fork 但没有执行 exec,为 4 表示此程序使用超级管理员 root 权限
USER 进程的拥有用户
PID 进程的 ID
PPID 其父进程的 PID
SID session 的 ID
TPGID 前台进程组的 ID
%CPU 进程占用的 CPU 百分比
%MEM 占用内存的百分比
NI 进程的 NICE 值
VSZ 进程使用虚拟内存大小
RSS 驻留内存中页的大小
TTY 终端 ID
S or STAT 进程状态
WCHAN 正在等待的进程资源
START   启动进程的时间
TIME 进程消耗CPU的时间
COMMAND 命令的名称和参数 

TPGID栏写着-1的都是没有控制终端的进程,也就是守护进程

STAT表示进程的状态,而进程的状态有很多,如下表所示

状态 解释
R Running.运行中
S Interruptible Sleep.等待调用
D Uninterruptible Sleep.不可中断睡眠
T Stoped.暂停或者跟踪状态
X Dead.即将被撤销
Z Zombie.僵尸进程
W Paging.内存交换
N 优先级低的进程
< 优先级高的进程
s 进程的领导者
L 锁定状态
l 多线程状态
+ 前台进程

其中的 D 是不能被中断睡眠的状态,处在这种状态的进程不接受外来的任何 signal,所以无法使用 kill 命令杀掉处于D状态的进程,无论是 killkill -9 还是 kill -15,一般处于这种状态可能是进程 I/O 的时候出问题了。

ps 工具有许多的参数,下面给大家解释部分常用的参数

  • 使用 -l 参数可以显示自己这次登陆的 bash 相关的进程信息罗列出来
ps -l

实验楼

  • 相对来说我们更加常用下面这个命令,他将会罗列出所有的进程信息
ps aux

实验楼

  • 若是查找其中的某个进程的话,我们还可以配合着 grep 和正则表达式一起使用
ps aux | grep zsh

实验楼

  • 此外我们还可以查看时,将连同部分的进程呈树状显示出来
ps axjf

实验楼

  • 当然如果你觉得使用这样的此时没有把你想要的信息放在一起,我们也可以是用这样的命令,来自定义我们所需要的参数显示
ps -afxo user,ppid,pid,pgid,command

实验楼

这是一个简单而又实用的工具,想要更灵活的使用,想要知道更多的参数我们可以使用 man 来获取更多相关的信息。

1.3 pstree 工具的使用

通过 pstree 可以很直接的看到相同的进程数量,最主要的还是我们可以看到所有进程的之间的相关性

pstree

实验楼

pstree -up

#参数选择:
#-A  :各程序树之间以 ASCII 字元來連接;
#-p  :同时列出每个 process 的 PID;
#-u  :同时列出每个 process 的所屬账户名称。

实验楼

2、进程的管理

2.1 kill 命令的掌握

上个实验中我们讲诉了进程之间是如何衍生,之间又有什么相关性,我们来回顾一下,当一个进程结束的时候或者要异常结束的时候,会向其父进程返回一个或者接收一个 SIGHUP 信号而做出的结束进程或者其他的操作,这个 SIGHUP 信号不仅可以由系统发送,我们可以使用 kill 来发送这个信号来操作进程的结束或者重启等等。

上节课程我们使用 kill 命令来管理我们的一些 job,这节课我们将尝试用 kill 来操作下一些不属于 job 范畴的进程,直接对 pid 下手。(数字前加上%表示job,不加表示pid)。

#首先我们使用图形界面打开了 gedit、gvim,用 ps 可以查看到
ps aux

#使用9这个信号强制结束 gedit 进程
kill -9 1608

#我们在查找这个进程的时候就找不到了
ps aux | grep gedit

实验楼

实验楼

2.2 进程的执行顺序

我们在是使用 ps 命令的时候我们可以看到大部分的进程都是处于休眠的状态,如果这些进程都被唤醒,那么该谁最先享受 CPU 的服务,后面的进程又该是一个什么样的顺序呢?进程调度的队列又该如何去排列呢?

当然就是靠该进程的优先级值来判定进程调度的优先级,而优先级的值就是上文所提到的 PR 与 nice 来控制与体现了。

nice 的值我们是可以通过 nice 命令来修改的,而需要注意的是 nice 值可以调整的范围是 -20 ~ 19,其中 root 有着至高无上的权力,既可以调整自己的进程也可以调整其他用户的程序,并且是所有的值都可以用,而普通用户只可以调制属于自己的进程,并且其使用的范围只能是 0 ~ 19,因为系统为了避免一般用户抢占系统资源而设置的一个限制。

#这个实验在环境中无法做,因为权限不够,可以自己在本地尝试

#打开一个程序放在后台,或者用图形界面打开
nice -n -5 vim &

#用 ps 查看其优先级
ps -afxo user,ppid,pid,stat,pri,ni,time,command | grep vim

我们还可以用 renice 来修改已经存在的进程的优先级,同样因为权限的原因在实验环境中无法尝试

renice -5 pid

本文转载自:https://www.shiyanlou.com/courses/1/labs/1944/document

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