linux进程管理及工具的讲解

首言

计算机实际上可以做的事情实质上非常简单，比如计算两个数的和，再比如在内存中寻找某个地址等等。这些最基础的计算机动作被称为指令。所谓的程序，就是这样一系列指令所构成的集合。通过程序，我们可以让计算机完成复杂的操作。程序大多数时候被存储为可执行的文件。
进程是程序的一个具体实现，同一个程序可以被执行多次，每次都可以在内存中开辟独立的空间来装载，从而产生多个进程。不同的进程号可以拥有各自独立的IO接口。操作系统的一个重要功能就是为进程提供方便，比如说为进程分配内存空间，管理进程的相关信息等等。
linux是一种动态系统，能够适应不断变化的计算需求。linux计算需求的表现是以进程的通用抽象为中心的。进程可以是短期的（从命令行执行的一个命令），也可以是长期的（一种网络服务）。因此，对进程及其调度进行一般管理就显得极为重要。
在用户空间，进程是由进程标识符（PID）表示的。从用户的角度来看，一个PID是一个数字值，可唯一标识一个进程。一个PID在进程的整个生命期间不会更改，单PID可以在进程销毁后被重新使用。

程序：保存在硬盘，光盘等介质中的可执行代码和数据；是静态保存的代码
进程：在cpu及内存中运行的动态执行的程序代码
同一个程序可能对应多个进程
线程：有时被称为轻量级进程，时程序执行流的最小单位
每个运行中的程序就是一个进程，当一个程序运行时，内部可能包含了多个顺序执行流，每个顺序执行流就是一个线程。

一 进程和线程的区别

他们是不同的操作系统资源管理方式。进程有独立的地址空间，一个进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，而线程只是一个进程中的不同执行路径，线程有自己的堆栈和局部变量，但线程之间没有独立的地址空间，一个线程死掉就等于整个进程死掉。所以多进程的程序要比多线程的程序健壮，但在进程切换时，耗费资源较大，效率要差一些。对于一些要求同时进行并且又要共享某些变量的并发操作，只能用线程，不能用进程。
（1）地址空间和其它资源（如打开文件）：进程间互相独立，同一进程的各线程间共享。
（2）通信：进程间通信：共享内存，信号等；线程间通信可以直接读写进程数据段（如全局变量）来通信–需要进程同步和互斥手段的辅助，以保证数据的一致性。
（3）调度和切换：线程上下文切换要比进程上下文切换快的多。
（4）在多线程的OS中，进程不是一个可执行的实体。？？？？

进程被存放在叫做任务链表（task list）的双向循环链表中，linux内核存储进程信息的固定格式：task struct
进程上下文切换：指多任务系统中，CPU的控制权由运行任务，转移到另外一个就绪任务时所发生的时间；当前运行任务转为就绪（或者挂起，删除）状态，另外一个被选定的就绪任务成为当前任务。

二 进程创建

在linux系统中，所有进程都是PID为1的init进程的后代。内核在启动的最后阶段启动init进程。该进程读取系统的初始化脚本，并执行其他的相关程序，最终完成系统启动的整个进程。
进程是系统中基本的执行单位（线程是最小的调度单位），可以利用fork函数创建一个新的进程。

pid_t fork(void)

fork()函数不需要参数，但返回两次，返回值有三种情况：
（1）对于父进程，fork函数返回新的子进程ID。
（2）对于子进程，fork函数执行成功返回0
（3）如果出错，fork函数返回-1

内核采用写时复制技术，fork函数创建一个新的进程，并从内核中为此进程得到一个新的可用进程ID，之后，为这个新进程分配进程空间，并将父进程的进程空间中的内容复制到子进程的进程空间中，包括父进程的数据段+堆栈段，并与父进程共享代码段。
fork函数之后，子进程从等待fork返回开始执行，而不是从头开始。
注意：子进程完全复制了父进程的地址空间的内容，包括堆栈段+数据段的内容。但是，子进程并没有复制代码段，而是和父进程共享代码段。代码段是只读的，不存在修改的问题，因此可以共用。在创建一个子进程后，子进程的地址空间和父进程分开，父子进程是两个独立的进程。

linux环境下提供一个和fork函数类似的函数，可以用来创建一个共用父进程地址空间的子进程

pid_t vfork();

（1）vfork产生的子进程和父进程完全共享地址空间，包括代码段+数据段+堆栈段。子进程对共享资源进行的修改，也会影响到父进程。
（2）vfork函数产生的子进程一定比父进程先运行。即父进程调用了vfork函数后会等待子进程运行后再运行。

三 进程优先级

PRI（0-139：)
    1-99：实时优先级；
    100-139：静态优先级；数字越小，优先级越高；
        Nice值：-20，19，表示进程可被执行的优先级的修正数值。加入nice值后，
        将会使得PRI变为：PRI（new）=PRI（old）+nice。普通用户只能使用+nice，
        系统管理员可以使用所有。

四 内存划分为：用户空间和内核空间

在用户空间里运行的进程，就是用户进程，所属的状态为用户态
在内核空间里运行的进程，就是内核进程，所属的状态为内核态
例：执行内核里的代码的时候，就是数与内核态。
linux的kernel其实就是一个软件，比较核心而已。
内核作用：进程管理，文件系统，网络功能，内存管理，驱动程序，安全功能

五 linux内核：抢占式多任务

进程类型：
  守护进程：在系统引导过程中启动的进程，跟终端无关的进程；
  前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程
    注意：也可把再前台启动的进程送往后后台，以守护进程模式运行；

进程状态：
  运行态：running
  就绪态：ready
  睡眠态：
    可中断：interruptable
    不可中断：uninterruptable
  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

进程的分类：
  CPU-Bound
  IO-Bound

六 Linux进程查看及管理的工具

pstree

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

注意：使用{}的是进程的线程

ps: process state

ps - report a snapshot of the current process
查看静态的进程统计信息
linux系统各进程相关信息均保存再/proc/PID目录下的各文件中；

ps [options]...
  常用组合：aux
    u：以用户为中心组织进程状态信息显示；
    a：与终端相关的进程；
    x：与终端无关的进程；
    p]# ps aux
    USER  PID %CPU %MEM  VSZ  RSS TTY  STAT START  TIME COMMAND
      VSZ：Virtual memry SiZe，虚拟内存集
      RSS：ReSident Size，常驻内存集
      STAT：进程状态
        R：running  S：interruptable sleeping
        D： uninteruptable sleeping  T：stopped  Z：zombie
        +：前台进程  l：多线程进程  N：低优先级进程
        <：高优先级进程  s：session leader

  常用组合：-ef
    -e：显示所有进程
    -f：显示完整格式程序信息

  常用组合：-eFH
    -F：显示完整格式的进程信息
    -H：以进程层级结构格式显示进程相关信息

  常用组合： -eo ，axo 自定义显示项
    -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，优先级
      psr：processor，CPU
      rtprio：实时优先级

pgrep pkill

pgrep [options] pattern
pkill [options] pattern
  -u uid: effective user
  -U uid: real user
  -t terminal: 与指定终端相关的进程
  -l：显示进程名
  -a：显示完整格式的进程名
  -P pid：显示其父进程为此处指定的进程的进程列表

pidof

根据进程名获取其PID；

top

排序：  P：以占据CPU百分比；
       M：占据内存百分比；
       T：累积占据CPU时长；

首部信息提示： uptime信息： l命令
             tasks及cpu信息：t命令
                CPU分别显示：1
             memory信息：m命令
退出命令：q
修改刷新时间间隔：s
终止指定进程：k

解析：load average：0.06,0.60,0.48
表示系统负载，即任务队列的平均长度。
三个数值分别为1分钟，5分钟，15分钟前到现在的平均值。

w和uptime也可以查看top的顶头信息

htop

下载地址：https://mirrors.aliyun.com/epel/

选项：
  -d #：指定延迟时间；
  -u UserName：仅显示指定用户的进程；
  -s COLOMN：以指定字段进行排序；
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

vmstat命令

显示虚拟内存状态
用法： vmstat [options] [delay [count]]

procs:  r：等待运行的进程的个数；
        b：处于不可终端睡眠态的进程的个数；
memory：  swpd：交换内存的使用总量；
          free：空闲物理内存总量；
          buffer：用于buffer的内存总量
          cache：用于cache的内存总量
swap：  si：数据进入swap中的数据速率（kb/s）
        so：数据离开swap中的数据速率（kb/s）
io：   bi：从块设备读入数据到系统的速率；
       bo：保存数据至块设备的速率；
system： in：interrupts，中断速率；
         cs：context switch，进程切换速率；

选项： -s：显示内存的统计数据 /proc/meminfo

kill命令

向进程发送控制信号，以实现对进程管理
显示当前系统可用信号：
  # kill -l
  # man 7 signal

常用信号： 
  1）SIGHUP：无须关闭进程而让其重度配置文件；
  2）SIGINT：终止正在运行的进程，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；

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

向进程发信号：
  kill [-SIGNAL] PID...

终止“名称“之下的所有进程：
  killall [-SIGNAL] Program