Linux学习-进程

正在学习Linux，记录一下学习历程。

定义

进程：一个正在执行或准备执行的程序。

更精确地讲，进程就是一个加载到内存中正在执行或准备执行的程序，再加上程序所需的数据，以及跟踪管理程序状态所需的各种信息。

内核管理进程

所有的进程都由内核管理，内核是操作系统的核心部分。

当进程创建时，内核赋予其一个唯一的标识号，这个标识号称为进程ID或PID。为了跟踪管理系统中的所有进程，内核维护了一个进程表。按照PID索引，每个进程再进程表中有一个条目。进程表中的条目除了PID，还包含有描述及管理进程所需的信息。

系统中有许多进程，有一些进程是由用户运行的程序，但是，大多数进程是自动启动的，再后台执行任务。

这些进程需要共享系统的资源：处理器，内存，I/O设备，网络连接等。

为了管理这样一个复杂的工作负荷，内核提供了一个复杂的调度服务，称为调度器。

调度器一直维护着一个所有正在等待执行的进程的列表。通过使用特定的算法，调度器每次选择一个进程，给予这个进程再一个短暂的时间间隔（称为时间片）中运行的机会。（在多处理系统中，调度器可以一次选择多个进程）

每次进程结束时间片时，内核需要中断进程。内核保存每个被中断进程的数据（如程序中下一条指令的位置，环境的副本等）。当该进程再次启动时，它能够在中断处继续执行。

内核为进程提供服务

内核为进程提供基本的服务：

1. 内存管理（虚拟内存管理，包括分页）

2. 进程管理（进程创建，终止，调度）

3. 进程间通信（本地，网络）

4. 输入/输出（通过设备驱动程序，即与物理设备时间通信的程序）

5. 文件管理

6. 安全和访问控制

7. 网络访问（如TCP/IP）

当进程需要内核提供服务时，它就通过系统调用发送请求。

如：

进程使用系统调用初始化I/O操作。

当编写程序时，系统调用的使用方法取决于所使用的编程语言。如在C程序中，使用的是标准库中的函数。

创建&使用进程

常用的系统调用

fork	创建当前进程的一个副本
wait	等待另一个进程结束执行
exec	在当前进程中执行一个新进程
exit	终止当前进程
kill	向另一个进程发送一个信号

以shell为例：

shell是一个充当用户界面和脚本解释器的程序。正是shell才允许你输入命令，以及间接访问内核服务。

一旦shell开始运行，它也是一个进程，是众多系统进程中的一个。

和所有的进程一样，shell也拥有自己的PID（可以通过一个特殊的shell变量$显示），并且在进程表中拥有自己的条目。

内部命令直接由shell解释，不需要创建新的进程。

外部命令需要shell运行一个单独的程序，因此每当运行外部命令时，shell必须创建一个新进程。

shell先使用fork系统调用创建一个新进程，原始进程称为父进程，新进程成为子进程。一旦进程分叉（fork）成功，就发生两件事：首先，子进程使用exec系统调用将它自身从运行shell的进程变成运行外部程序的进程。其次，父进程使用wait系统调用暂停，直到子进程结束执行。最终，外部程序结束，此时子进程使用exit系统调用停止自身。

进程死亡&僵尸进程

每当进程永远停止时，不管是由于什么原因停止，我们都称进程死亡或终止。每当进程死亡时，进程所使用的所有资源（内存，文件等）都将被释放，从而可以被其他进程所使用。

此时，称被杀死的进程为僵尸进程。尽管僵尸进程是死的，而且已经不再是一个真正的进程，但是它仍然在进程表中保留者自己的条目。因为该条目包含只最近死亡的子进程的数据，而父进程可能对这些数据感兴趣。

在子进程成为僵尸进程后，父进程（一直在耐心地等待着子进程死亡）立即被内核唤醒。现在父进程有机会查看进程表中成为僵尸进程的子进程的条目，看看发生了什么结果。然后内核将进程表中的僵尸进程条目移除。

孤儿进程

如果父进程分叉之后，出乎意料地死亡，那么子进程还会继续执行，但是它已经成为孤儿。

孤儿进程仍然可以继续完成工作，但是当它死亡时，没有父进程被唤醒。最终，死掉的孤儿进程，现在以僵尸进程的形式存在，被遗忘在一边。

以前，孤儿僵尸进程将永远停留在进程表中，直到系统重新启动。

现在，孤儿进程将自动地被#1进程，即init进程（后面会讨论）收养。通过这种方式，每当孤儿进程死亡时，init进程充当替身父进程，快速地清理孤儿僵尸进程。

幸运的是，这种现象并不常见。如果一个程序偶然以这种方式创建了一个不死的僵尸进程，那么将没有直接的办法清除它。毕竟，如何去杀死那些已经死掉的东西呢?

区分父进程与子进程

当fork系统调用结束它的工作时，它向父进程和子进程各传递一个数值，这个数值称为返回值。

子进程的返回值为0，父进程的返回值为新创建进程的PID.

因此，在分叉（fork）操作完成后，进程可以通过简单地查看返回值来识别它是父进程还是子进程。

如果返回值为0，则为子进程。如果返回值大于0，则为父进程。

以shell为例：

在shell 分叉（fork）之后，有两个相同的shell。为了识别哪个进程是父进程，哪个进程是子进程，每个进程都检查它从fork接收到的返回值。拥有大于0的返回值的shell知道它是父进程，因此它使用wait系统调用使自己暂停。拥有0返回值的shell知道它是子进程，因此它使用exec系统调用运行外部程序。

init进程

进程通过分叉（fork）创建，每个进程都是由另一个进程创建的，都拥有自己的父进程。

那么，在某个地方，必须有第一个进程，是其系统中其他所有进程的父进程。

在引导过程（启动操作系统的一组复杂步骤）的末尾，内核“手动”创建了一个特殊的进程，而不是通过分叉（fork）。

这个进程的PID为0。在执行一些重要的功能（例如初始化内核所需的数据结构）后，#0进程进行分叉（fork），创建#1号进程。然后#0进程执行一个非常简单的程序，该程序实质上是一个无穷的循环，不做任何事情（因此将该进程命名为空闲进程）。每当没有进程等待执行时，调度器就运行空闲进程。当#0号进程变成空闲进程时，它就已经有效地完成了它地目的，然后消失。实际上，如果使用ps（稍后讨论）显示#0进程的状态，那么内核将否认该进程的存在。

#1进程执行设置内核及引导过程所需的剩余步骤。基于这一原因，称它为初始化进程，并将该进程的实际程序命名为init。

具体而言，init进程打开系统控制台，挂载根文件系统，然后运行包含在文件/etc/inittab中的shell脚本。在这一过程中，init多次分叉，创建运行系统所需的基本进程，并允许用户登录。在这一过程中，init成为系统中所有其他进程的祖先。

与空闲进程（#0）不同，初始化进程（#1）永远不会停止运行，它是进程表中的第一个进程，而且它一直存在于进程表中，直到系统关闭。

在系统完成后，有时候仍然调用init来执行重要操作，如收养孤儿。

前台进程&后台进程

当运行程序时，输入和输出通常与终端相连。对于基于文本的程序来说，输入来源于键盘，输出定位到显示器，这样才有意义，因为大多数程序为了完成任务需要与用户进行交互。

但是，有一些程序可以自动完成，不需要终端的合作。

在命令的末尾键入&，这将告诉shell 该程序因该自己执行。在这种情况下，shell 不会等待程序结束。程序一启动，shell就重新获得控制，并显示一个新提示。

前台进程：当shell在提示让用户输入一条新命令之前等待当前程序结束

后台进程：当shell启动一个程序，但是又让该程序自己运行

当前台进程运行时，从键盘读取数据，将结果写入到显示器，不会出现任何问题。

后台进程会稍显复杂：

当后台进程运行时，若希望从键盘读取数据，它会一直等待，因为后台进程的标准输入与/dev/null相连。除非使用fg命令（稍后讨论）将进程移至前台。

将输出显示到显示器上是没有问题的，只是有可能会和正在处理的其他事情混杂在一起，使结果陷入混乱。

另外，后唐进程不响应intr信号（^C键）和quit信号（^\键），只能通过kill命令终止程序。

一般情况下，后台程序适用于从文件中获取数据，并将数据写入另一个文件中。不涉及与终端的交互。如：源程序的编译。

创建延迟

sleep interval [s|m|h|d]

interval是延迟的时长。

默认是以秒作为单位。还可以指定其他单位：s秒（默认），m分钟，h小时，d天。

作业控制

作业：每条输入的命令

作业号：也称作业ID，用来唯一地标识一个作业

允许同时运行多项作业，其中一个作业在前台运行，其他作业在后台运行。作业可以有选择性地挂起（暂停），重新启动，在前台和后台之间切换，以及显示状态。

这样做时，需要使用一系列的命令，变量，终端设置，shell变量和shell选项。

作业控制命令

jobs	显示作业列表
ps	显示进程列表
fg	将作业移至前台
bg	将作业移至后台
suspend	挂起当前shell
^Z	挂起当前前台作业
kill	向作业发送信号：默认情况下，终止作业

变量

echo $$	显示当前shell的PID
echo $!	显示上一条移至后台的命令的PID

终端设置

stty tostop	挂起试图向终端写数据的后台作业
stty -tostop	关闭tostop

shell选项

set -o monitor	允许作业控制
set +o nomonitor	关闭monitor
set -o notify	当后台作业结束时立即通报
set +o nonotify	关闭notify

进程和作业之间的区别：

进程是正在执行或准备执行的程序。作业指解释整个命令行所需要的全部进程。

进程由内核控制。作业由shell控制。

内核使用进程表来记录进程，shell使用作业表来记录作业。

如以下命令：

who | cut -c 1-8 | sort | uniq -c

该命令生成4个进程，一个作业。

date; who; uptime

该命令生成3个进程，一个作业。

在后台运行作业

在命令末键入一个&

每次在后台运行作业时，shell会显示作业的作业号和进程ID。

shell从1开始为作业分配作业号。

每当后台作业结束时，shell都会发送一个短的状态消息，通知作业的结束。

为了不打扰此刻正在做的事情，不会立刻通知，直到显示下一个shell提示。

挂起作业

任何时候，每个作业都处于3种状态中的一种：前台运行，后台运行，暂停（等待信号恢复执行）

挂起：暂停，临时中止作业

^Z键可以挂起当前前台作业

如果希望恢复挂起，可以使用fg命令将该作业移回前台

挂起shell

按下^Z键将挂起在前台运行的任何作业，但是有一个进程不会挂起，就是当前shell。

如果希望暂停当前shell，则需要使用suspend命令。

同样可以使用fg命令接挂。

显示作业列表

jobs命令可以显示所有作业的列表。

包括作业号，作业标记，作业状态，作业内容。

-l 选项会额外显示作业所包含的进程的PID。

许多命令（如fg），如果没有指定作业号，就默认作用于当前作业。

作业标记跟在作业号之后，用+，-表示。

+代表是当前作业（如果有挂起的作业，就是最近挂起的作业，如果没有挂起作业，就是最近移至后台的作业）

-代表是前一个作业（队列里的下一个作业）

将作业移至前台

fg  将当前作业移至前台并执行

也可以指定作业号。

作业号

%%	当前作业
%+	当前作业
%-	前一个作业
%n	作业#n
%name	含有指定命令名的作业（name不需要完整，但要足够长到足以唯一识别一个作业）
%?name	命令的任何位置含有name的作业

也可以省略fg，指用作业号作为命令。

将作业移至后台

bg命令可以作业移至后台执行

默认是当前作业，也可指定作业号。

如果要将当前前台的作业移至后台执行，先用^Z挂起该作业，然后用bg移至后台执行。

因为无法在前台作业正在执行的时候进行使shell执行bg命令。

显示进程信息

ps命令

更多内容参见Linux学习-ps显示进程信息

监控系统进程

ps只显示进程的静态快照，及瞬间的进程状态。

但是进程是动态的，需要查看各种进程如何不断变化。

top程序可以每隔几秒显示整个系统的统计更新，并且实时显示最重要的进程（使用CPU时间最多）的信息。

选项：

-d 指定刷新间隔（单位为秒）

-n 指定刷新总次数

-p 指定进程ID

退出top，按q或^C。

按<Space>可以强制它top立即刷新。

显示进程树

系统中所有的进程都被安排到一个大型的树型层次结构中，初始化进程位于树的根部。

pstree可以显示这棵进程树。

选项：

-n 按PID对进程进行排序（默认是按进程名称）

-p 显示每个进程的PID

-A 强制使用ASCII字符绘制

-G 强制使用行绘制字符

-a 显示每个进程的整个命令行，而不只是程序的名称

-u 显示当子进程以不同于父进程的用户标识运行时所发生的改变

如何收集进程信息

在进程表中可以查看一些基本数据。但是，大多数动态信息必须从内核中获取。

ps和top程序使用一种称为proc文件的伪文件。

zai/proc目录中，每个进程都用自己的proc文件表示。当需要进程的现象时，就读取该进程的proc文件，并最终触发一个向内核请求提供所需数据的请求。

杀死进程

kill 进程ID|作业号

注意，进程ID一般为4位数字，作业号以%开头。

有一种常见情况：

当前台进程失去响应时

可以尝试按^Z挂起该进程，然后使用ps或jobs查找该进程，然后使用kill终止。

也可以打开一个新的终端窗口，使用ps -u列举你用户标识运行的所以有进程，然后确定是失控的进程，用kill终止。

选项：

-9  确定杀死，在杀死进程时不允许进程释放正在使用的资源（最后一种选择，不推荐）

向进程发送信号

kill [-signal] pid...|jobid...

signal 是希望发送的信号类型。

进程间通信是两个进程之间的数据交换。kill程序就是一种进程间通信方式，发送一个非常简单的消息，被称为信号。

信号只不过是发送给进程的一个数字，从而让进程知道发生了哪些类型的事情。进程会识别信号，从而决定执行什么动作。

使用kill -l 可查看系统所支持的全部信号列表。

常用信号

编号	名称	缩写	描述
1	SIGHUP	HUP	中止：注销或者终端失去连接时发送给进程
2	SIGINT	INT	中断：当按下^C时发送
9	SIGKILL	KILL	杀死：立即终止，进程不能捕获
15	SIGTERM	TERM	终止：请求终止，进程不能捕获
18	SIGGONT	GONT	继续：恢复挂起的进程，由fg或bg发送
19	SIGSTOP	STOP	停止（挂起）：当按下^Z时发送

kill默认情况下发送信号TERM。

设置进程的优先级

nice [-n adjustment] command

adjustment是一个数值，command是希望运行的命令

通常是在后台运行且需要使用大量CPU时间的程序（如编译程序）

可以指定0～19的nice值，数值越高，优先级越低。

程序的默认优先级是0。

nice的默认设置是10。

改变现有进程的优先级

renice可以改变现有进程的优先级。

renice niceness -p processid

niceness是nice值，processid是PID

守护进程

不是由用户运行的程序，在后台运行，完全不与任何终端连接，目的是体哦嗯服务。

一般情况下，守护进程静静在后台等待某些事情的发生：事件，请求，中断，给定的时间间隔等。

当触发发生时，守护进程进入动作，完成执行作业所需的事情。

如：

init是一个守护进程，收养孤儿。