【Linux】进程管理详解

一、进程的基本概念

1. 进程与程序的区别

• 程序：静态的可执行文件（如/bin/ls），存储在磁盘上，包含指令和数据。
• 进程：程序加载到内存后的动态执行实例，拥有独立的内存空间、CPU 时间片和系统资源（如文件描述符）。一个程序可对应多个进程（如多个bash终端）。

2. 进程标识（PID 与 PPID）

• PID（Process ID）：每个进程的唯一数字标识（由内核分配，范围通常为 1~32768），用于区分不同进程。
• PPID（Parent PID）：父进程的 ID，标识创建当前进程的进程（如用户登录后，bash进程是用户执行命令的父进程）。
• 特殊 PID：PID=1 是init（Systemd）进程，为所有进程的 “祖先”，负责系统初始化和进程管理。

3. 进程状态

进程在生命周期中会处于不同状态，通过ps命令的STAT字段标识，常见状态如下：

状态符号	含义说明
R（Running）	运行中或就绪（等待 CPU 调度），处于该状态的进程要么正在执行，要么已就绪等待分配 CPU。
S（Sleeping）	可中断睡眠（等待事件完成，如 IO 操作），可被信号唤醒（如kill命令）。
D（Disk Sleep）	不可中断睡眠（深度睡眠，通常为等待磁盘 IO），不能被信号唤醒，需等待 IO 完成。
T（Stopped）	暂停状态，通常由Ctrl+Z或kill -STOP触发，可通过kill -CONT恢复运行。
Z（Zombie）	僵尸状态，进程已终止，但父进程未回收其资源（PID 等），需回收父进程或重启父进程清除。
<（High Priority）	高优先级进程（优先级高于普通进程）。
N（Low Priority）	低优先级进程（优先级低于普通进程）。
+（Foreground）	前台进程（与终端关联，如直接执行的ls），后台进程无此标记。

二、进程的查看与监控

1. ps：静态查看进程快照

ps（Process Status）用于查看某一时刻的进程状态，支持多种选项组合：

常用命令	功能说明
ps aux	显示系统中所有进程（a：所有用户进程；u：显示用户信息；x：包括无终端进程）。
ps -ef	以全格式显示进程（-e：所有进程；-f：全字段，包括 PPID、CMD 等）。
ps -l	显示当前终端的进程详情（包含优先级、状态等）。

输出字段解读（ps aux）：

ps -ef 指令显示内容如下：

• USER：进程所属用户。
• PID：进程 ID。
• %CPU：进程占用 CPU 的百分比。
• %MEM：进程占用内存的百分比。
• VSZ：虚拟内存大小（KB），包括所有代码、数据、共享库和未使用的交换空间。
• RSS：物理内存使用量（KB），实际占用的内存。
• TTY：进程关联的终端（?表示无终端，通常为守护进程）。
• STAT：进程状态（见上文）。
• START：进程启动时间。
• TIME：进程累计占用的 CPU 时间。
• COMMAND：启动进程的命令（包括参数）。
• UID: 用户ID
• PID：进程 ID
• PPID: 父进程ID
• C: CPU 用于计算执行优先级的因子。 数值越大，表明进程是 CPU 密集型运算，执行优先级会降低； 数值越小，表明进程是 I/O 密集型运算，执行优先级会提高
• STIME :进程启动的时间
• TTY :完整的终端名称
• TIME: CPU 使用时间
• CMD:启动进程所用的命令和参数

2. top：动态监控进程（实时更新）

top 以交互式界面实时显示进程状态（默认每 3 秒更新一次），适合监控系统负载和资源占用。

界面分区：

• 顶部系统信息：
  • 第一行：当前时间、系统运行时间、登录用户数、系统负载（1/5/15 分钟平均负载，数值接近 CPU 核心数为正常）。
  • 第二行：进程总数（total）、运行中（running）、睡眠（sleeping）、停止（stopped）、僵尸（zombie）数量。
  • 第三 / 四行：CPU 和内存使用情况（%us用户态 CPU，%sy内核态 CPU，%id空闲 CPU）。
• 底部进程列表：与ps类似，默认按 CPU 使用率排序。

常用交互命令：

• P：按 CPU 使用率排序（默认）。
• M：按内存使用率排序。
• T：按累计 CPU 时间排序。
• k：输入 PID 并发送信号（如终止进程）。
• q：退出top。

3. htop：增强版top（推荐）

htop 是top的改进版，支持鼠标操作、彩色显示、进程树视图等，需单独安装（yum install htop 或 apt install htop）。

• 优势：可直接用方向键选择进程，按F9发送信号终止进程，按F5切换进程树视图。

4. pstree：查看进程树（父子关系）

pstree 以树形结构展示进程间的父子关系，直观呈现进程层级：

pstree  # 简洁显示所有进程树
pstree -p  # 显示PID
pstree root  # 只显示root用户的进程树

5. /proc文件系统：查看进程详细信息

Linux 通过/proc/[PID]目录存储每个进程的实时数据（虚拟文件系统，存在于内存中），常用文件：

• /proc/[PID]/cmdline：进程启动命令及参数。
• /proc/[PID]/status：进程状态（包括 PID、PPID、内存使用、状态等）。
• /proc/[PID]/cpuinfo：进程使用的 CPU 核心信息。
• /proc/[PID]/fd：进程打开的文件描述符（链接到实际文件）。

示例：查看 PID=1234 的进程命令：

cat /proc/1234/cmdline

三、进程的控制与管理

1. 进程的启动

• 前台启动：直接执行命令（如ls），进程占用终端，需等待执行完成才能输入新命令。
• 后台启动：命令后加&，进程在后台运行，终端可继续使用（输出仍会显示在终端）：

  sleep 100 &  # 后台运行100秒的睡眠进程
  

• 脱离终端启动：用nohup（忽略挂起信号），确保进程在终端关闭后继续运行，输出默认写入nohup.out：

  nohup ./script.sh &  # 后台启动脚本，终端关闭后不终止
  

2. 进程的暂停与恢复

• 暂停进程：在前台进程执行时按Ctrl+Z，进程进入T（停止）状态，退回终端。
• 查看后台任务：jobs命令显示当前终端的后台任务（[任务号] 状态 命令）：

  jobs  # 输出示例：[1]+  Stopped  sleep 100
  

• 恢复前台运行：fg %任务号（%可省略，任务号从jobs获取）：

  fg 1  # 将任务1恢复到前台运行
  

• 恢复后台运行：bg %任务号，将暂停的进程转为后台运行：

  bg 1  # 任务1在后台继续运行
  

3. 进程的终止（发送信号）

通过kill、pkill、killall命令向进程发送信号（Signal）终止或控制进程，常用信号：

信号编号	信号名称	含义说明
1	SIGHUP	挂起信号（如终端关闭），常用于重启进程（如nginx重载配置）。
9	SIGKILL	强制终止信号，进程无法忽略，用于强制杀死无响应的进程（“必杀信号”）。
15	SIGTERM	终止信号（默认），进程可捕获并优雅退出（释放资源后终止，推荐优先使用）。
19	SIGSTOP	暂停信号，进程进入T状态，需SIGCONT恢复。
18	SIGCONT	继续信号，恢复被暂停的进程。

常用命令：

• kill [信号] PID：向指定 PID 的进程发送信号（默认信号 15）：

  kill 1234  # 发送SIGTERM（15）终止PID=1234的进程
  kill -9 1234  # 发送SIGKILL（9）强制杀死PID=1234的进程
  

• pkill [信号] 进程名：按进程名匹配并发送信号（支持模糊匹配）：

  pkill -9 sleep  # 强制杀死所有名为sleep的进程
  

• killall [信号] 进程名：与pkill类似，但需完全匹配进程名：

  killall -1 nginx  # 向所有nginx进程发送SIGHUP（重启配置）
  

四、进程调度与优先级

Linux 内核通过调度器分配 CPU 时间片给进程，确保多进程 “并发” 运行（宏观并行，微观串行）。

1. 调度策略

• CFS（Completely Fair Scheduler，完全公平调度器）：默认调度策略，针对普通进程（非实时），按 “权重” 分配 CPU 时间，优先级高的进程获得更多时间片。
• 实时调度策略：针对实时进程（如工业控制），优先级高于 CFS 进程，包括：
  • SCHED_FIFO（先进先出）：高优先级进程一旦运行，会一直占用 CPU 直到主动释放。
  • SCHED_RR（时间片轮转）：相同优先级的进程按时间片轮流运行。

2. 优先级表示：Nice 值与 PRI

• Nice 值：用户空间可见的优先级，范围-20（最高）~19（最低），默认值为 0。Nice 值越小，进程优先级越高，获得的 CPU 时间越多。
• PRI（Priority）：内核内部的优先级（动态计算），与 Nice 值相关（PRI = PRI_BASE + Nice值，PRI_BASE 通常为 80），值越小优先级越高。

3. 调整优先级

• 启动时指定优先级：nice命令，格式：nice -n [Nice值] 命令：

  nice -n -5 ./high_prio.sh  # 以Nice值-5启动脚本（高优先级）
  

• 运行中调整优先级：renice命令，格式：renice [新Nice值] -p PID：

  renice -10 -p 1234  # 将PID=1234的进程Nice值改为-10（提高优先级）
  

五、守护进程（Daemon）

守护进程是在后台长期运行的特殊进程，用于提供系统服务（如sshd、httpd），特点：

• 脱离终端（TTY字段为?），不受终端关闭影响。
• 通常以d结尾（如crond、named）。
• 由systemd（或init）管理，系统启动时自动运行。

查看守护进程：

ps aux | grep -E 'sshd|httpd|crond'  # 查看常见守护进程

六、僵尸进程的处理

僵尸进程（Z 状态）是已终止但未被父进程回收的进程，会残留 PID（不占用 CPU / 内存，但过多会耗尽 PID 资源）。

处理方法：

1. 找到其父进程（通过ps -ef | grep 僵尸进程PID查看 PPID）。
2. 正常情况下，父进程会定期回收子进程，若父进程未响应，重启父进程：

   kill -15 父进程PID  # 优雅重启父进程，触发回收
   

3. 若父进程无法重启，直接杀死父进程（僵尸进程会被init（PID=1）接管并回收）：

   kill -9 父进程PID