Linux - 进程管理

进程介绍

进程（Process）是计算机中已运行程序的实体，是程序的一个具体实现。每个 Linux 进程在被创建的时候，都被分配给一段内存空间，即系统给该进程分配一定的逻辑地址空间。

每个程序都能看到一片完整连续的地址空间，这些空间并没有直接关联到物理内存，而是操作系统提供了内存的一种抽象概念，使得每个进程都有一个连续完整的地址空间，在程序的运行过程，再完成虚拟地址到物理地址的转换。我们同样知道，进程的地址空间是分段的，存在所谓的数据段，代码段，bbs段，堆，栈等等。

进程的生命周期

每个进程都有一个唯一的进程 ID （PID），用于追踪该进程。

任何进程都可以通过复制自己地址空间的方式（fork）创建子进程，子进程中记录着父进程的 ID（PPID）。第一个系统进程是 systemd，其他所有进程都是其后代。

• 每个进程都有自己生命周期，比如创建、执行、终止和删除。在系统运行过程中，这些阶段反复执行成千上万次
• 当一个进程创建一个新的进程，创建进程的进程（父进程）使用名为fork()的系统调用。当fork()被调用的时候，它会为新创建的进程（子进程）获得一个进程描述符，并且设置新的进程ID。复制父进程的进程描述符给子进程。这时候，不会复制父进程的地址空间，而是父子进程使用同样的地址空间。
• exec()系统调用把新程序复制到子进程的地址空间。由于共享同样的地址空间，写入新进程的数据会引发页错误的异常。此时，内核给子进程分配新的物理页。
• 这个延迟的操作叫做Copy On Write。子进程和父进程执行的程序通常不一样，它执行自己的程序。这个操作避免了不必要的开销，因为，复制整个地址空间是很慢且低效率的，还会消耗很多的处理器时间和资源。
• 当程序执行完成，子进程使用exit()系统调用终止。exit()会释放进程的大部分数据结构，并且把这个终止的消息通知给父进程。这时候，子进程被称为zombie process(僵尸进程)。
• 直到父进程通过wait()系统调用知悉子进程终止之前，子进程都不会被完全的清除。一旦父进程知道子进程终止，它会清除子进程的所有数据结构和进程描述符。

进程的状态

• 运行状态（TASK_RUNNING）：是运行态和就绪态的合并，表示进程正在运行或准备运行，Linux 中使用TASK_RUNNING 宏表示此状态
• 可中断睡眠状态（浅度睡眠）（TASK_INTERRUPTIBLE）：进程正在睡眠（被阻塞），等待资源到来是唤醒，也可以通过其他进程信号或时钟中断唤醒，进入运行队列。Linux 使用TASK_INTERRUPTIBLE 宏表示此状态。
• 不可中断睡眠状态（深度睡眠状态）（TASK_UNINTERRUPTIBLE）：其和浅度睡眠基本类似，但有一点就是不可被其他进程信号或时钟中断唤醒。Linux 使用TASK_UNINTERRUPTIBLE 宏表示此状态。
• 暂停状态（TASK_STOPPED）：进程暂停执行接受某种处理。如正在接受调试的进程处于这种状态，Linux 使用TASK_STOPPED 宏表示此状态。
• 僵死状态（TASK_ZOMBIE）：进程已经结束但未释放PCB，Linux 使用TASK_ZOMBIE 宏表示此状态。

进程的优先级

进程的 CPU 资源（时间片）分配就是指进程的优先级（priority）；优先级高的进程有优先执行权利；配置进程的优先级对多任务环境下的 Linux 很有用，可以改善系统性能。

使用 ps 命令查看进程

openEuler 中使用 CFS 调度器来调度进程

• UID : 代表执行者的身份
• PID : 代表这个进程的代号
• PPID ：代表这个进程是由哪个进程发展衍生而来的，亦即父进程的代号
• PRI ：代表这个进程可被执行的优先级，其值越小越早被执行
• NI ：代表这个进程的nice值
• 进程优先级由动态优先级（PRI）和静态优先级（PR）决定，它是决定进程在CPU中执行顺序的数字。优先级越高的进程被处理器执行的机会越大
• 根据进程的行为，内核使用启发式算法决定开启或关闭动态优先级。可以通过nice级别直接修改进程的静态优先级，拥有越高静态优先级的进程会获得更长的时间片（时间片是进程在处理器中的执行时间）
• Linux支持的nice级别从19（最低优先级）到-20（最高优先级），默认只是0。只有root身份的用户才能把进程的nice级别调整为负数（让其具备较高优先级）

PRI，即进程的优先级，表示程序被CPU执行的先后顺序，值越小进程的优先级别越高；NI，即 nice 值 ，表示进程可被执行的优先级的修正数值，可理解为“谦让度”；进程的 nice 值不是进程的优先级，但是可以通过调整 nice 值可以影响进程的优先值。

PRI 值越小越快被执行，那么加入nice值后，PRI变为：PRI(new)=PRI(old)+nice
当nice值为负值的时候，那么该程序将会优先级值将变小，即其优先级会变高，则其越快被执行
内核使用一些简单的数值范围0~139表示内部优先级, 数值越低, 优先级越高。从0~99的范围专供实时进程使用, nice的值[-20,19]则映射到范围100~139

调整进程的优先级

openEuler 中使用 nice 和 renice 调整进程的 nice 值，进而影响进程优先级
nice 命令语法，优先序（adjustment 取值范围 -19 ~ 20）：

nice [-n adjustment][command][arg...]]

例如，将 vi 运行的优先级设置为 -18：

nice -n -18 vi &

renice 命令语法，优先序范围同 nice，作用对象有程序群组 -g、进程 -p、用户-u，语法格式：

renice [-n adjustment][-]<pid>

例如，将 vi 运行的优先级设置为 10：

# renice -n 12 -p 9700
9700(process ID) old priority -18, new priority 12

查看 nice 说明：nice –help
查看 renice 说明：renice –h

也可以使用 top 更改进程的 NI 值：
进入top后按“r”–>输入进程PID–>输入nice值

前台与后台进程

后台进程几乎不和用户交互，优先级略低。Linux 的守护进程（Daemon）是一种特殊的后台进程，其独立于终端并周期性地执行任务或等待唤醒。

前台进程和用户交互，需要较高的响应速度，优先级较高。前台进程就是用户使用的有控制终端的进程。

• 守护的意思就是不受终端控制。
• Linux的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如，Internet服务器inetd，Web服务器httpd等。同时，守护进程完成许多系统任务。比如，作业规划进程crond，打印进程lpd等
• 守护进程一般用作系统服务，可以用crontab提交，编辑或者删除相应得作业。
• Daemon进程也就是守护进程，linux大多数的服务进程都是通过守护进程实现的。比如0号进程(调度进程) ，1号进程(init进程)。机器启动后就运行，关机才停止。

控制前台与后台进程

opneEuler 中常用以下命令管理进程，包括前后台切换及启停：

• &：将 & 放在命令的最后，可以把这个命令放到后台执行
• Ctrl + z：当前台正在执行一个命令时，按键 Ctrl + z，将其放到后台并暂停
• Ctrl + c：中断当前正在执行的命令
• jobs：查看当前有多少正在后台运行的命令
• fg：将后台中的命令调至前台继续运行
• bg：将后台任务唤醒，并在后台运行

查看进程

使用ps或top命令查看每个进程的详细信息。

ps 命令可以显示当前进程，并列出详细的进程信息，字段含义如下表。常用 ps aux 或 ps -ef 查看进程信息。

ps 命令用于显示特定时间点的进程信息，top 命令可以实时显示进程信息。

管理进程 - 信号

openEuler 中，进程之间通过信号来通信，常见信号见表格。

进程的信号是预定义好的一个消息，进程能识别它并决定是忽略还是做出反应。系统管理员需要知道如何向一个进程发送何种信号，以管理进程。

管理进程

openEuler 中使用 kill 和 killall 命令向进程发送信号；发送的前提是，当前用户必须是进程的属主或 root 用户；kill 通过 PID 向进程发信号，默认发送 TERM 信号，使用 –s 参数指定其他信号，例：

# kill 3389
# kill -s HUP 3389

killall 通过进程名向进程发信号，且支持通配符，例：

killall python*