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Linux 进程管理
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 实时的查看进程的状态，以及系统的一些信息（如 CPU、内存信息等），我们还可以通过 ps 来静态查看当前的进程信息，同时我们还可以使用 pstree 来查看当前活跃进程的树形结构。
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 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？
实际生活中我们需要将这个值除以我们的核数来看。我们可以通过以下的命令来查看 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。
- 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 |
- 再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。
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。
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，它能给我们带来哪些信息：
ps aux
ps axjf
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：
| 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 kill，kill -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，下面解释部分常用的参数。
使用 -l 参数可以显示自己这次登录的 bash 相关的进程信息罗列出来：
ps -l
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
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
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
当然如果你觉得使用这样的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
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之间的相关性。
pstree -up
| 参数选择 | 解释 |
|---|---|
| -A | 程序树之间以 ASCII 字符连接 |
| -p | 同时列出每个 process 的 PID |
| -u | 同时列出每个 process 的所属账户名称 |
进程的管理
kill 命令的掌握
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。
# 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
# 我们再查找这个进程的时候就找不到了
ps aux | grep gedit
进程的执行顺序
我们在使用 ps 命令的时候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。
而 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