进程管理

同步和异步

同步（Synchronous）

1. 定义：
   • 在同步操作中，任务执行的顺序是固定的，后一个任务必须等待前一个任务完成后才能开始。
2. 特点：
   • 阻塞：在同步操作中，调用者会被阻塞，直到操作完成。这意味着程序会在当前任务上停留，无法执行其他任务。
   • 易于理解：因为执行顺序是线性的，容易跟踪和调试。

异步（Asynchronous）

1. 定义：

   • 在异步操作中，任务的执行不依赖于其他任务的完成，调用者可以在发起请求后继续执行其他操作。

2. 特点：

   • 非阻塞：调用者不会被阻塞，可以继续执行其他代码。通常会使用回调函数或事件机制来处理结果。
   • 更高的效率：可以在等待 I/O 操作（如网络请求或文件读取）时执行其他计算任务，提高资源利用率。

ps

[root@localhost ~]# ps aux|more
USER         PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
USER：拥有该进程的用户。
PID：进程 ID。
%CPU：CPU 使用百分比。
%MEM：内存使用百分比。
VSZ：虚拟内存大小。
RSS：常驻内存集大小（实际使用的内存）。
TTY：与进程关联的终端。
STAT：进程状态。
START：进程开始时间。
TIME：总 CPU 时间使用量。
COMMAND：启动该进程的命令

ps aux --sort=-%mem|more 按照内存排序
ps aux --sort=-%cpu|more 按照cpu排序

pmap

用于显示进程的内存映射情况。它可以提供指定进程的虚拟内存使用情况，包括各个内存段的地址、大小、权限等信息。

pmap <PID>

top

top - 07:04:59 up  8:04,  2 users,  load average: 0.00, 0.00, 0.00
Tasks: 220 total,   1 running, 219 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  3.0 us,  3.0 sy,  0.0 ni, 93.9 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
MiB Mem :   3710.0 total,   2610.7 free,    607.3 used,    491.9 buff/cache
MiB Swap:   4032.0 total,   4032.0 free,      0.0 used.   2868.0 avail Mem 

PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND       

​

系统摘要信息

• 07:04:59：当前时间。
• up 8:04：系统已经运行了 8 小时 4 分钟。
• 2 users：当前有 2 个用户登录。
• load average: 0.00, 0.00, 0.00：系统的负载平均值，分别是最近 1 分钟、5 分钟和 15 分钟的负载。0.00 表示系统负载非常低。

任务信息

• Tasks: 220 total：总共有 220 个进程。
• 1 running：当前有 1 个进程正在运行。
• 219 sleeping：有 219 个进程处于休眠状态。
• 0 stopped：没有停止的进程。
• 0 zombie：没有僵尸进程。

CPU 使用情况

• %Cpu(s)

  ：CPU 使用的详细信息：

  • 3.0 us：用户进程占用的 CPU 百分比（用户空间）

    表示用户空间（user space）进程占用的 CPU 百分比。这些进程是由用户启动的，不涉及内核的直接管理。高用户空间 CPU 使用率通常表明用户应用程序正在积极运行。
    

  • 3.0 sy：系统进程占用的 CPU 百分比（内核空间）。

    表示内核空间（system space）进程占用的 CPU 百分比。内核进程是操作系统核心组件，负责管理系统资源（如文件系统、进程管理等）。较高的系统 CPU 使用率可能表示系统正处理大量的 I/O 操作或其他内核级任务。
    

  • 0.0 ni：用户进程以非负优先级运行占用的 CPU 百分比。

    表示以非负优先级（nice value 大于或等于 0）运行的用户进程占用的 CPU 百分比。`nice` 值是用来调整进程的优先级，较高的 `nice` 值意味着较低的优先级。此值为 0 表示没有进程在以非负优先级运行。
    

  • 93.9 id：空闲的 CPU 百分比。

  • 0.0 wa：等待 I/O 的 CPU 百分比。

    表示等待 I/O 操作的 CPU 百分比。这个值表明 CPU 有多少时间在等待 I/O 操作（如磁盘读写）完成。较高的 I/O 等待时间可能表示磁盘或网络 I/O 是瓶颈。
    

  • 0.0 hi、0.0 si、0.0 st：分别表示硬件中断、软件中断和虚拟机偷取的 CPU 百分比。

    1.硬件中断是来自硬件设备（如键盘、鼠标、网络等）的信号，CPU 需要暂时停止当前的任务去处理这些信号。
    
    当你按下键盘上的某个键时，键盘硬件会生成一个中断信号，通知 CPU 有新的输入
    CPU 接收到这个中断信号后，会暂停当前正在执行的任务，保存其状态，然后转到键盘中断处理程序（Interrupt Service Routine, ISR）。
    处理程序会读取按下的键的代码（通常称为扫描码），并将其传递给操作系统。
    处理完成后，CPU 会恢复之前的任务，继续执行。
    
    2.软件中断通常由操作系统内部产生，用于处理特定的任务或请求。
    
    程序调用 read()：
    假设一个程序需要从文件中读取数据，它会执行类似于 bytes_read = read(file_descriptor, buffer, size); 的代码。这行代码实际上请求操作系统来执行读取操作。
    生成软件中断：
    当程序执行到这条指令时，它会触发一个软件中断（通常是通过特定的指令，如 int 0x80 在旧的 Linux 系统中，或使用系统调用的库函数在现代系统中）。
    操作系统接收到软件中断后，会暂停当前程序的执行，并保存其上下文（例如寄存器状态）。
    操作系统的内核会找到与 read() 系统调用相对应的处理程序。这通常是一个内核级的函数，负责处理文件读取请求。
    内核中的 read() 处理程序会执行实际的读取操作。这可能涉及从磁盘或其他存储设备获取数据。
    数据被读取到指定的缓冲区中。
    读取完成后，内核会把读取到的字节数返回给用户程序。
    随后，内核会恢复用户程序的执行状态，将控制权返回给它，程序可以继续执行接下来的代码。
    
    3.在虚拟化环境中，主机的虚拟机可能会“偷取”某些 CPU 资源。如果这个值很高，可能表示主机资源不足，影响了虚拟机的性能。
    
    

内存使用情况

• MiB Mem：内存的详细信息：
  • 3710.0 total：总内存为 3710 MB。
  • 2610.7 free：当前可用内存为 2610.7 MB。
  • 607.3 used：已使用内存为 607.3 MB。
  • 491.9 buff/cache：用于缓冲区和缓存的内存。
• MiB Swap：交换空间的详细信息：
  • 4032.0 total：总交换空间为 4032 MB。
  • 4032.0 free：当前可用的交换空间为 4032 MB（表示没有使用交换空间）。
  • 0.0 used：已使用的交换空间为 0 MB。
  • 2868.0 avail Mem：可用内存（包括缓冲区和缓存的内存）为 2868 MB。

进程信息

• PID：进程 ID。
• USER：拥有该进程的用户。
• PR：进程优先级。
• NI：进程的 nice 值。
• VIRT：进程使用的虚拟内存。
• RES：进程使用的常驻内存。
• SHR：进程共享的内存。
• S：进程状态（例如 R 表示运行中，S 表示睡眠）。
• %CPU：进程使用的 CPU 百分比。
• %MEM：进程使用的内存百分比。
• TIME+：进程使用的总 CPU 时间。
• COMMAND：启动进程的命令。

load average

负载值的定义：

• 在 Linux 系统中，负载值表示在特定时间段内，正在运行或等待运行的进程的数量。它不仅包括正在使用 CPU 的进程，还包括那些等待 CPU 资源的进程。

负载值的取值范围：

• 负载值是一个非负数，理论上没有上限，但负载过高通常会导致系统性能下降。

负载值的具体解释

• 小于 1：
  • 说明系统负载轻，CPU 资源充足。此时，平均每个 CPU 核心都有足够的时间来处理其任务。例如，在一个单核心系统中，负载为 0.5 表示 CPU 只有一半的时间被占用，还有一半的时间是空闲的。
• 等于 1：
  • 系统负载达到了其能力的边界。每个运行的进程都能在适当的时间内获得 CPU 资源，但没有冗余的处理能力。此时，用户可能会感受到性能的波动。
• 大于 1（以单核 CPU 为例）：
  • 如果负载大于 1，表示有多个进程在争夺 CPU 资源。例如，负载为 2 表示有两个进程在等待 CPU 资源，这可能会导致某些进程的响应时间增加。
  • 举例：在单核系统中，负载为 2 意味着系统正在处理的任务数量是 CPU 能够处理的两倍，因此会有一部分任务在等待，这可能导致系统变慢。
• 多核 CPU 的影响：
  • 在多核系统中，负载值需要结合 CPU 核心数量进行评估。例如，在一个 4 核 CPU 系统中：
    • 负载值为 4 表示系统处于满负荷状态，但 CPU 仍然可以处理所有任务。
    • 负载值为 5 表示有一个任务在等待，可能会影响性能。
    • 负载值为 8 则表示有很多进程在等待 CPU 资源，系统可能变得非常缓慢。

瞬时高负载：短时间内的高负载（如 10-15 秒）可能是正常的，尤其是在进行大量计算或I/O操作时，但如果持续存在，应该考虑进行性能优化或资源扩展。

僵尸进程

（Zombie Process）是指已经完成执行但仍然存在于进程表中的进程。它的状态是“僵尸”，因为它的父进程尚未读取它的退出状态信息

僵尸进程的形成

1. 进程生命周期：

   • 当一个进程执行完毕后，它会发送一个退出状态给其父进程。这一状态包含了进程的执行结果和资源使用情况。
   • 此时，进程不会立即从进程表中删除，而是变为僵尸状态，等待父进程使用 wait() 或 waitpid() 函数读取退出状态。

   父进程未处理：

   • 如果父进程没有在子进程结束后调用 wait()，那么子进程会保持在僵尸状态，继续占用一个进程表项。

僵尸进程的特征

• 状态：僵尸进程的状态一般会显示为 Z，表示它是一个僵尸状态。
• 资源占用：僵尸进程不占用 CPU 资源，因为它已经完成了执行，但仍然占用一个进程表项。
• 父进程：僵尸进程依赖于其父进程来清理。如果父进程终止而没有收集子进程的信息，这些僵尸进程会被 init（进程 ID 为 1 的进程）收养，init 会定期清理这些僵尸进程。

僵尸进程的影响

• 进程表占用：尽管僵尸进程不消耗 CPU 资源，但它们仍然占用进程表中的条目。系统的进程表有大小限制，如果有过多的僵尸进程，可能导致无法创建新进程。
• 系统稳定性：在某些情况下，僵尸进程可能会表明程序设计上的缺陷，导致系统不稳定

解决方法：

• 终止父进程：如果僵尸进程的父进程存在，可以通过重启或修复父进程的代码，使其调用 wait()，从而清理僵尸进程。
• 杀死父进程：如果父进程无法处理，可以杀死父进程，此时系统会将僵尸进程交给 init 进程，后者会清理它们。

dd if

dd if=<输入文件> of=<输出文件> [其他选项]
bs=<字节数>：设置块大小，指定每次读取和写入的字节数。
count=<块数>：指定要复制的块的数量。

复制文件：

将文件 input.txt 复制到 output.txt：

dd if=input.txt of=output.txt

创建一个空文件：

创建一个大小为 1MB 的空文件：

dd if=/dev/zero of=empty_file bs=1M count=1

从磁盘创建镜像：

将整个磁盘 /dev/sda 备份到镜像文件 disk.img：

dd if=/dev/sda of=disk.img bs=4M

恢复磁盘镜像：

将之前创建的镜像 disk.img 恢复到磁盘 /dev/sda：

dd if=disk.img of=/dev/sda bs=4M

显示进度：

在复制过程中显示进度信息：

dd if=input.txt of=output.txt status=progress

信号管理机制

pid

查找程序的 PID：

pidof bash

查找所有与 python 相关的进程：

pidof -c python

使用 ps 命令结合 -u 选项可以查看特定用户的进程。

ps -u <用户名>

使用 pgrep 的 -G 选项可以根据组名查找进程：

pgrep -G <组名>

kill

kill 是一个用于发送信号给进程的命令行工具，常用于终止或管理正在运行的进程。尽管名称是 "kill"，它不仅可以用来结束进程，还可以用于其他目的，例如暂停进程、继续运行等。

kill [选项] <进程ID>

-s <信号> 或 --signal <信号>：指定要发送的信号。默认情况下，kill 发送 SIGTERM（信号 15）。
-l：列出所有可用的信号及其名称。
-n <信号编号>：根据信号编号发送信号。例如，kill -n 9 <PID> 发送 SIGKILL 信号。
-p：只打印进程的 PID，而不发送信号。

kill 命令通常需要 PID。如果要通过进程名杀死进程，可以结合 pkill 命令：

pkill process_name

进程优先级

[root@localhost ~]# ps -axo comm,user,nice|more
查看进程优先级

改变进程优先级

用户创建进程优先级都为0
系统进程优先级都为-20
数字越小优先级越高
renice 10 pid  将已经运行的进程优先级改为10
nice -n -15 vim /tmp/passwd 将进程优先级设置为-15（未运行）

job任务控制

/test.sh & 将一个进程放入后台运行
ctrl +z 将前台任务暂停
fg %任务号 将后台进程恢复到前台
bg %任务号 用于将一个已停止的进程（通常是前台进程）放到后台继续运行。

一个例子

调整优先级

1. 设置该程序md5sum /dev/zero优先级为-10，让其运行
2. 执行sha1sum /dev/zerotop & 放入后台运行，调整该程序优先级为-20
3. 查看这两个程序运行的情况
4. 结束这两个程序

(nice -n -10 md5sum /dev/zero & sha1sum /dev/zero & sleep 1; renice -n -20 $(pgrep -f sha1sum))

nice -n -10 md5sum /dev/zero & sha1sum /dev/zero & #这两条命令之间不用加分号或者&&可以同时执行

ps aux | grep -E 'md5sum|sha1sum'|grep -v grep |awk '{print $2}'|xargs kill #结束这两个程序