程序管理篇

如何产生一个程序呢？就是执行一个程式或指令，系统只认识二进制文件，当我们启动一个二进制文件的时候会生成程序，而二进制文件里的东西就是程式，程式被某个条件触发生成程序。

程式一般是放置在实体磁碟中，然后透过使用者的执行来触发。触发后会载入到记忆体中成为一个个体，那就是程序。

程序有给予执行者的权限/属性等参数，并包括程式所需要的指令码与资料或档案资料等，最后再给予一个PID 。系统就是透过这个PID 来判断该process 是否具有权限进行工作的

也就是说，当我们登入并执行bash时，系统已经给我们一个PID了，这个PID就是依据登入者的UID/GID (/etc/passwd)来的

我们知道/bin/bash是一个程式(program)，当dmtsai登入后，他取得一个PID号码为2234的程序，这个程序的User/Group都是dmtsai ，而当这个程式进行其他作业时，例如上面提到的touch这个指令时，那么由这个程序衍生出来的其他程序在一般状态下，也会沿用这个程序的相关权限

让我们将程式与程序作个总结：

程式(program)：通常为binary program ，放置在储存媒体中(如硬碟、光碟、软碟、磁带等)，为实体档案的型态存在；
程序(process)：程式被触发后，执行者的权限与属性、程式的程式码与所需资料等都会被载入记忆体中，作业系统并给予这个记忆体内的单元一个识别码(PID)，可以说，程序就是一个正在运作中的程式。

关于父进程与子进程

程式彼此之间是有相关性的，连续执行两个bash 后，第二个bash 的父程序就是前一个bash。因为每个程序都有一个PID ，那某个程序的父程序该如何判断？就透过Parent PID (PPID) 来判断即可。

fork and exec：程序呼叫的流程

系统先以fork 的方式复制一个与父程序相同的暂存程序，这个程序与父程序唯一的差别就是PID 不同！但是这个暂存程序还会多一个PPID 的参数，PPID 如前所述，就是父程序的程序识别码，然后暂存程序开始以exec 的方式载入实际要执行的程式，以上述图示来讲，新的程式名称为qqq ，最终子程序的程式码就会变成qqq 了

系统或网路服务：常驻在记忆体的程序

就是会一直运行的程序。

主要大致分成系统本身所需要的服务，例如刚刚提到的crond及atd ，还有rsyslogd等等的。还有一些则是负责网路连线的服务，例如Apache, named, postfix, vsftpd...等等的

工作管理

『进行工作管理的行为中，其实每个工作都是目前bash的子程序，亦即彼此之间是有相关性的。我们无法以job control的方式由tty1的环境去管理tty2的bash ！』

在可以出现提示字元让你操作的环境就称为前景(foreground)，至于其他工作就可以让你放入背景(background)去暂停或运作。要注意的是，放入背景的工作想要运作时，他必须不能够与使用者互动。举例来说， vim绝对不可能在背景里面执行(running)的！因为你没有输入资料他就不会跑啊！而且放入背景的工作是不可以使用[ctrl]+c来终止

总之，要进行bash 的job control 必须要注意到的限制是：

这些工作所触发的程序必须来自于你shell 的子程序(只管理自己的bash)；
前景：你可以控制与下达指令的这个环境称为前景的工作(foreground)；
背景：可以自行运作的工作，你无法使用[ctrl]+c 终止他，可使用bg/fg 呼叫该工作；
背景中『执行』的程序不能等待terminal/shell 的输入(input)

job control 管理

直接将指令放到后台（背景）运行

我在输入一个指令后，在该指令的最后面加上一个『 & 』代表将该指令丢到背景中，此时bash 会给予这个指令一个『工作号码(job number)』，就是那个[1] 啦！至于后面那个14432 则是该指令所触发的『 PID 』了，这里注意工作号码和pid不是一个东西，该任务如果执行完毕或出问题，提示会跑到前台，所以要将提示信息导入一个文件中存起来，防止出提示信息影响前台工作，另一方面，在后台运行的程序无法用ctrl+c结束。

如此一来，输出的资讯都给他传送到/tmp/log.txt 当中

将『目前』的工作丢到背景中『暂停』：[ctrl]-z

在vim的一般模式下，按下[ctrl]及z这两个按键，萤幕上会出现[1] ，表示这是第一个工作，而那个+代表最近一个被丢进背景的工作，且目前在背景下预设会被取用的那个工作(与fg这个指令有关)！而那个Stopped则代表目前这个工作的状态。在预设的情况下，使用[ctrl]-z丢到背景当中的工作都是『暂停』的状态

观察目前的背景工作状态： jobs

那个+代表预设的取用工作，『目前我有两个工作在背景当中，两个工作都是暂停的，而如果我仅输入fg时，那么那个[2]会被拿到前景当中来处理』

将背景工作拿到前景来处理：fg

我们会发现+出现在第一个工作后！怎么会这样啊？这是因为你刚刚利用fg %1将第一号工作捉到前景后又放回背景，此时最后一个被放入背景的将变成vi那个指令动作，所以当然[1]后面就会出现+了

让工作在背景下的状态变成运作中： bg

这里那jobs;bg %3 ; jobs是三个命令，用;隔开而已

管理背景当中的工作： kill

kill 后面接的数字预设会是PID ，如果想要管理bash 的工作控制，就得要加上%数字了

至少记得kill -15是正常结束进程，kill -9是强制结束进程

离线管理问题

如果你想要让在背景的工作在你登出后还能够继续的执行，那么使用nohup 搭配&

程序观察

F：代表这个程序旗标(process flags)，说明这个程序的总结权限，常见号码有：
- 若为4 表示此程序的权限为root ；
- 若为1则表示此子程序仅进行复制(fork)而没有实际执行(exec)。
S：代表这个程序的状态(STAT)，主要的状态有：
- R (Running)：该程式正在运作中；
- S (Sleep)：该程式目前正在睡眠状态(idle)，但可以被唤醒(signal)。
- D ：不可被唤醒的睡眠状态，通常这支程式可能在等待I/O 的情况(ex>列印)
- T ：停止状态(stop)，可能是在工作控制(背景暂停)或除错(traced) 状态；
- Z (Zombie)：僵尸状态，程序已经终止但却无法被移除至记忆体外。
UID/PID/PPID：代表『此程序被该UID 所拥有/程序的PID 号码/此程序的父程序PID 号码』
C：代表CPU 使用率，单位为百分比；
PRI/NI：Priority/Nice的缩写，代表此程序被CPU所执行的优先顺序，数值越小代表该程序越快被CPU执行。详细的PRI与NI将在下一小节说明。
ADDR/SZ/WCHAN：都与记忆体有关，ADDR 是kernel function，指出该程序在记忆体的哪个部分，如果是个running 的程序，一般就会显示『 - 』 / SZ 代表此程序用掉多少记忆体/ WCHAN 表示目前程序是否运作中，同样的，若为- 表示正在运作中。
TTY：登入者的终端机位置，若为远端登入则使用动态终端介面(pts/n)；
TIME：使用掉的CPU 时间，注意，是此程序实际花费CPU 运作的时间，而不是系统时间；
CMD：就是command 的缩写，造成此程序的触发程式之指令为何。

所以你看到的ps -l 输出讯息中，他说明的是：『bash 的程式属于UID 为0 的使用者，状态为睡眠(sleep)，之所以为睡眠因为他触发了ps (状态为run)之故。此程序的PID 为14836，优先执行顺序为80 ，下达bash 所取得的终端介面为pts/0 ，运作状态为等待(wait) 。』

USER：该process 属于那个使用者帐号的？
PID ：该process 的程序识别码。
%CPU：该process 使用掉的CPU 资源百分比；
%MEM：该process 所占用的实体记忆体百分比；
VSZ ：该process 使用掉的虚拟记忆体量(Kbytes)
RSS ：该process 占用的固定的记忆体量(Kbytes)
TTY ：该process 是在那个终端机上面运作，若与终端机无关则显示?，另外， tty1-tty6 是本机上面的登入者程序，若为pts/0 等等的，则表示为由网路连接进主机的程序。
STAT：该程序目前的状态，状态显示与ps -l 的S 旗标相同(R/S/T/Z)
START：该process 被触发启动的时间；
TIME ：该process 实际使用CPU 运作的时间。
COMMAND：该程序的实际指令为何？

一般来说，ps aux 会依照PID 的顺序来排序显示，我们还是以14836 那个PID 那行来说明！该行的意义为『 root 执行的bash PID 为14836，占用了0.1% 的记忆体容量百分比，状态为休眠(S)，该程序启动的时间为8 月4 号，因此启动太久了，所以没有列出实际的时间点。且取得的终端机环境为pts/0 。』与ps aux 看到的其实是同一个程序

top 动态观察程序的变化

在预设的情况下，每次更新程序资源的时间为5 秒，不过，可以使用-d 来进行修改。top 主要分为两个画面，上面的画面为整个系统的资源使用状态，基本上总共有六行，显示的内容依序是：

第一行(top...)：这一行显示的资讯分别为：
- 目前的时间，亦即是00:53:59 那个项目；
- 开机到目前为止所经过的时间，亦即是up 6:07, 那个项目；
- 已经登入系统的使用者人数，亦即是3 users, 项目；
- 系统在1, 5, 15分钟的平均工作负载。我们在第十五章谈到的batch 工作方式为负载小于0.8就是这个负载啰！代表的是1, 5, 15分钟，系统平均要负责运作几个程序(工作)的意思。越小代表系统越闲置，若高于1得要注意你的系统程序是否太过繁复了！
第二行(Tasks...)：显示的是目前程序的总量与个别程序在什么状态(running, sleeping, stopped, zombie)。比较需要注意的是最后的zombie 那个数值，如果不是0 ！好好看看到底是那个process 变成僵尸了吧？
第三行(%Cpus...)：显示的是CPU 的整体负载，每个项目可使用? 查阅。需要特别注意的是wa 项目，那个项目代表的是I/O wait，通常你的系统会变慢都是I/O 产生的问题比较大！因此这里得要注意这个项目耗用CPU 的资源喔！另外，如果是多核心的设备，可以按下数字键『1』来切换成不同CPU 的负载率。
第四行与第五行：表示目前的实体记忆体与虚拟记忆体(Mem/Swap) 的使用情况。再次重申，要注意的是swap 的使用量要尽量的少！如果swap 被用的很大量，表示系统的实体记忆体实在不足！
第六行：这个是当在top 程式当中输入指令时，显示状态的地方。

至于top 下半部分的画面，则是每个process 使用的资源情况。比较需要注意的是：

PID ：每个process 的ID 啦！
USER：该process 所属的使用者；
PR ：Priority 的简写，程序的优先执行顺序，越小越早被执行；
NI ：Nice 的简写，与Priority 有关，也是越小越早被执行；
%CPU：CPU 的使用率；
%MEM：记忆体的使用率；
TIME+：CPU 使用时间的累加；

top 预设使用CPU 使用率(%CPU) 作为排序的重点，如果你想要使用记忆体使用率排序，则可以按下『M』，若要回复则按下『P』即可。如果想要离开top 则按下『 q 』吧！如果你想要将top 的结果输出成为档案时，可以这样做：

观察指定的单一程序：

修改NI(越小越优先)：

在你完成上面的动作后，在状态列会出现如下的资讯：

接下来你就会看到如下的显示画面！

想要找出最损耗CPU 资源的那个程序时，大多使用的就是top 这支程式，然后强制以CPU 使用资源来排序(在top 当中按下P 即可)

关于pstree

可以加管道符号缩小范围

killall -signal 指令名称

kill -1 重启

　　-9 强杀

　　-15正常中断

grep -v表示去除包含grep的进程，awk '{$2}'表示输出第二个元素就是pid,如果改成1则输出root

killall 更方便的操作

利用『下达指令的名称』来给予讯号

删除某个程序，我们可以使用PID 或者是启动该程序的指令名称，而如果要删除某个服务呢？呵呵！最简单的方法就是利用killall ，因为他可以将系统当中所有以某个指令名称启动的程序全部删除。

程序优先度调整

我们知道CPU 一秒钟可以运作多达数G 的微指令次数，透过核心的CPU 排程可以让各程序被CPU 所切换运作，因此每个程序在一秒钟内或多或少都会被CPU 执行部分的指令码。如果程序都是集中在一个队列运作，而不具有优先顺序之分，也就是像我们去游乐场玩热门游戏需要排队一样，每个人都是照顺序来！你玩过一遍后还想再玩(没有执行完毕)，请到后面继续排队等待。情况有点像底下这样：

假设pro1, pro2 是紧急的程序， pro3, pro4 是一般的程序，在这样的环境中

我们可以将程序的优先顺序与CPU 排程进行如下图的解释：

如上图所示，具高优先权的pro1, pro2可以被取用两次，而较不重要的pro3, pro4则运作次数较少。如此一来pro1, pro2就可以较快被完成啦！要注意，上图仅是示意图，并非较优先者一定会被运作两次啦！为了要达到上述的功能，我们Linux给予程序一个所谓的『优先执行序(priority, PRI)』，这个PRI值越低代表越优先的意思。不过这个PRI值是由核心动态调整的，使用者无法直接调整PRI值的。先来瞧瞧PRI曾在哪里出现？

由于PRI 是核心动态调整的，我们使用者也无权去干涉PRI ！那如果你想要调整程序的优先执行序时，就得要透过Nice 值了！Nice 值就是上表的NI 啦！一般来说， PRI 与NI 的相关性如下：

PRI(new) = PRI(old) + nice

不过你要特别留意到，如果原本的PRI是50 ，并不是我们给予一个nice = 5 ，就会让PRI变成55喔！因为PRI是系统『动态』决定的，所以，虽然nice值是可以影响PRI ，不过，最终的PRI仍是要经过系统分析后才会决定的。另外， nice值是有正负的喔，而既然PRI越小越早被执行，所以，当nice值为负值时，那么该程序就会降低PRI值，亦即会变的较优先被处理。此外，你必须要留意到：

nice 值可调整的范围为-20 ~ 19 ；
root 可随意调整自己或他人程序的Nice 值，且范围为-20 ~ 19 ；
一般使用者仅可调整自己程序的Nice 值，且范围仅为0 ~ 19 (避免一般用户抢占系统资源)；
一般使用者仅可将nice 值越调越高，例如本来nice 为5 ，则未来仅能调整到大于5；

这也就是说，要调整某个程序的优先执行序，就是『调整该程序的nice 值』啦！那么如何给予某个程序nice 值呢？有两种方式，分别是：

一开始执行程式就立即给予一个特定的nice 值：用nice 指令；
调整某个已经存在的PID 的nice 值：用renice 指令。

新执行的指令即给予新的nice 值

通常什么时候要将nice 值调大呢？举例来说，系统的背景工作中，某些比较不重要的程序之进行：例如备份工作！由于备份工作相当的耗系统资源，这个时候就可以将备份的指令之nice 值调大一些，可以使系统的资源分配的更为公平

另外，『 nice -n N command 』那个N 指的是『在原本的nice 值底下，再加上的一个值，变成新的nice 值』之意。所以在上面的范例中，原本的nice 为10，使用了nice -n -5 之后，就会变成(10+(-5))，最终结果就是5！并不是直接指定nice 值

已存在程序的nice 重新调整

虽然修改的是bash那个程序，但是该程序所触发的ps指令当中的nice也会继承而为-5！了解了吧！整个nice值是可以在父程序-->子程序之间传递的！另外，除了renice之外，其实那个top同样的也是可以调整nice值的！

系统资源的观察

free 观察内存（记忆体）

我的系统当中有2848MB 左右的实体记忆体，我的swap 有1GB 左右，那我使用free -m 以MBytes 来显示时，就会出现上面的资讯。Mem 那一行显示的是实体记忆体的量， Swap 则是记忆体置换空间的量。total 是总量， used 是已被使用的量， free 则是剩余可用的量。后面的shared/buffers/cached 则是在已被使用的量当中，用来作为缓冲及快取的量，这些shared/buffers/cached 的用量中，在系统比较忙碌时，可以被释出而继续利用！因此后面就有一个available (可用的) 数值！。

我们可以发现这部测试机根本没有什么特别的服务，但是竟然有706MB 左右的cache ！因为鸟哥在测试过程中还是有读/写/执行很多的档案嘛！这些档案就会被系统暂时快取下来，等待下次运作时可以更快速的取出之意！也就是说，系统是『很有效率的将所有的记忆体用光光』，目的是为了让系统的存取效能加速，一般来说， swap 最好不要被使用，尤其swap 最好不要被使用超过20% 以上，如果您发现swap 的用量超过20% ，那么，最好还是买实体记忆体来插吧！因为， Swap 的效能跟实体记忆体实在差很多，而系统会使用到swap ，绝对是因为实体记忆体不足了才会这样做的

uname：查阅系统与核心相关资讯

uname 可以列出目前系统的核心版本、主要硬体平台以及CPU 类型等等的资讯。以上面范例一的状态来说，我的Linux 主机使用的核心名称为Linux，而主机名称为study.centos.vbird，核心的版本为3.10.0-229.el7.x86_64 ，该核心版本建立的日期为2015-3-6，适用的硬体平台为x86_64 以上等级的硬体平台。

uptime：观察系统启动时间与工作负载

显示出目前系统已经开机多久的时间，以及1, 5, 15分钟的平均负载

netstat ：追踪网路或插槽档

在上面的结果当中，显示了两个部分，分别是网路的连线以及linux 上面的socket 程序相关性部分。我们先来看看网际网路连线情况的部分：

Proto ：网路的封包协定，主要分为TCP与UDP封包
Recv-Q：非由使用者程式连结到此socket 的复制的总bytes 数；
Send-Q：非由远端主机传送过来的acknowledged 总bytes 数；
Local Address ：本地端的IP:port 情况
Foreign Address：远端主机的IP:port 情况
State ：连线状态，主要有建立(ESTABLISED)及监听(LISTEN)；

除了网路上的连线之外，其实Linux系统上面的程序是可以接收不同程序所发送来的资讯，那就是Linux上头的插槽档(socket file)

上表中socket file的输出栏位有：

Proto ：一般就是unix 啦；
RefCnt：连接到此socket 的程序数量；
Flags ：连线的旗标；
Type ：socket 存取的类型。主要有确认连线的STREAM 与不需确认的DGRAM 两种；
State ：若为CONNECTED 表示多个程序之间已经连线建立。
Path ：连接到此socket 的相关程式的路径！或者是相关资料输出的路径。

侦测系统资源变化

利用vmstat 甚至可以进行追踪喔！你可以使用类似『 vmstat 5 』代表每五秒钟更新一次，且无穷的更新！直到你按下 [ctrl]-c 为止。如果你想要即时的知道系统资源的运作状态，这个指令就不能不知道！那么上面的表格各项栏位的意义为何？基本说明如下：

程序栏位(procs)的项目分别为：
r ：等待运作中的程序数量；b：不可被唤醒的程序数量。这两个项目越多，代表系统越忙碌(因为系统太忙，所以很多程序就无法被执行或一直在等待而无法被唤醒之故)。
记忆体栏位(memory)项目分别为：
swpd：虚拟记忆体被使用的容量； free：未被使用的记忆体容量； buff：用于缓冲记忆体； cache：用于快取记忆体。这部份则与free是相同的。
记忆体置换空间(swap)的项目分别为：
si：由磁碟中将程序取出的量； so：由于记忆体不足而将没用到的程序写入到磁碟的swap的容量。如果si/so的数值太大，表示记忆体内的资料常常得在磁碟与主记忆体之间传来传去，系统效能会很差！
磁碟读写(io)的项目分别为：
bi：由磁碟读入的区块数量； bo：写入到磁碟去的区块数量。如果这部份的值越高，代表系统的I/O非常忙碌！
系统(system)的项目分别为：
in：每秒被中断的程序次数； cs：每秒钟进行的事件切换次数；这两个数值越大，代表系统与周边设备的沟通非常频繁！这些周边设备当然包括磁碟、网路卡、时间钟等。
CPU的项目分别为：
us：非核心层的CPU使用状态； sy：核心层所使用的CPU状态； id：闲置的状态； wa：等待I/O所耗费的CPU状态； st：被虚拟机器( virtual machine)所盗用的CPU使用状态(2.6.11以后才支持）