Linux 进程及作业管理（内存、进程和作业命令详解）

进程概念

• 内核的功用：进程管理、文件系统、网络功能、内存管理、驱动程序、安全功能等

• Process: 运行中的程序的一个副本，是被载入内存的一个指令集合

  进程ID（Process ID，PID）号码被用来标记各个进程
  UID、GID、和SELinux语境决定对文件系统的存取和访问权限
  通常从执行进程的用户来继承
  存在生命周期
  

• task struct：Linux内核存储进程信息的数据结构格式

• task list：多个任务的的task struct组成的链表

• 进程创建：

  init：第一个进程
  进程：都由其父进程创建，父子关系，CoW
  	fork(), clone()
  

进程的基本状态

• 创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB(process control block进程控制块)，向其中填写控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态
• 就绪状态：进程已准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行
• 执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态
• 阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓存区失败）而暂时无法运行，进程受到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用
• 终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态。无法再执行

进程之间转换六种情况

• 运行——>就绪：1，主要是进程占用CPU的时间过长，而系统分配给该进程占用CPU的时间是有限的；2，在采用抢先式优先级调度算法的系统中,当有更高优先级的进程要运行时，该进程就被迫让出CPU，该进程便由执行状态转变为就绪状态
• 就绪——>运行：运行的进程的时间片用完，调度就转到就绪队列中选择合适的进程分配CPU
• 运行——>阻塞：正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行，则进程由执行状态变为阻塞状态，如发生了I/O请求
• 阻塞——>就绪:进程所等待的事件已经发生，就进入就绪队列

以下两种状态是不可能发生的：

• 阻塞——>运行：即使给阻塞进程分配CPU，也无法执行，操作系统在进行调度时不会从阻塞队列进行挑选，而是从就绪队列中选取
• 就绪——>阻塞：就绪态根本就没有执行，谈不上进入阻塞态

进程优先级

系统优先级：数字越小，优先级越高
	0-139（CentOS4,5）
		各有140个运行队列和过期队列
	0-98，99（CentOS6）
		实时优先级: 99-0 值最大优先级最高
		nice值：-20到19，对应系统优先级100-139或99

Big O：时间复杂度，用时和规模的关系
	O(1), O(logn), O(n)线性, O(n^2)抛物线, O(2^n)

进程优先级管理

# 进程优先级调整
	静态优先级：100-139
	进程默认启动时的nice值为0，优先级为120
	只有根用户才能降低nice值（提高优先性）
	
# nice命令
	nice [OPTION] [COMMAND [ARG]...]
	
# renice命令
	renice [-n] priority pid...
	
# 查看
	ps axo pid,comm,ni

进程相关概念

1、进程内存

• Page Frame: 页框，用存储页面数据，存储Page 4k
• LRU：Least Recently Used 近期最少使用算法,释放内存
• MMU：Memory Management Unit 负责转换线性和物理地址（物理地址空间和线性地址空间）
• TLB：Translation Lookaside Buffer 翻译后备缓冲器,用于保存虚拟地址和物理地址映射关系的缓存

2、IPC（Inter Process Communication：进程间通信）

同一主机：signal:信号
	shm: shared memory
	semaphore:信号量，一种计数器

不同主机：socket: IP和端口号
	RPC: remote procedure call
	MQ：消息队列，Kafka，ActiveMQ

进程状态

Linux内核：抢占式多任务

进程类型：
	守护进程: daemon,在系统引导过程中启动的进程，和终端无关进程
	前台进程：跟终端相关，通过终端启动的进程
		注意：两者可相互转化

进程状态：
	运行态：running
	就绪态：ready
	睡眠态：
		可中断：interruptable
		不可中断：uninterruptable
	停止态：stopped,暂停于内存，但不会被调度，除非手动启动
	僵死态：zombie，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭

进程信息的相关文件

1、内核状态信息的相关文件

/proc/：内核中的状态信息
	内核参数：
		可设置其值从而调整内核运行特性的参数；/proc/sys/
		状态变量：其用于输出内核中统计信息或状态信息，仅用于查看
					
	参数：模拟成文件系统类型

2、相关进程的参数信息

/proc/#：
	#：PID          
		# 里面有此进程的内核参数，内容非常不友好，不是内核开发人员看不懂
	
		# cat cmdline   # 启动此进程的命令参数
		# cat mem        # 查看此进程的内存参数，一般不予许查看
		# cat maps       # 哪些内存空间存储了哪些内容文件

系统管理工具

进程的分类：
	CPU-Bound：CPU密集型，非交互
	IO-Bound：IO密集型，交互

Linux系统状态的查看及管理工具：
	# pstree    ps      pidof    pgrep   top/htop
	# glance    pmap    vmstat   dstat   kill
	# pkill     job     bg       fg      nohup

系统状态查看工具

pstree

以树状图的方式展现进程之间的派生关系。

pstree  - display a tree of processes

1、pstree 命令

pstree命令 以树状图的方式展现进程之间的派生关系，显示效果比较直观。

语法格式：

pstree [OPTIONS]

OPTIONS：
-a           # 显示每个程序的完整指令，包含路径，参数或是常驻服务的标示
-c           # 不使用精简标示法
-G           # 使用VT100终端机的列绘图字符
-h           # 列出树状图时，特别标明现在执行的程序
-H PID       # 此参数的效果和指定"-h"参数类似，但特别标明指定的程序
-l           # 采用长列格式显示树状图
-n           # 用程序识别码排序。预设是以程序名称来排序
-p           # 显示程序识别码
-u           # 显示用户名称
-U           # 使用UTF-8列绘图字符
-V           # 显示版本信息

2、pstree 示例

1、获取 SSH 会话的 PID。

# pstree -p | grep ssh

|-sshd(1221)-+-sshd(2768)---bash(2770)-+-grep(2810)
|            `-sshd(2807)---sshd(2808)

从上方的输出中，你可以看到 sshd 进程与分支的树形图。sshd 的主进程是 sshd（1221），另两个分支分别为 sshd（2768） 和 sshd（2807）。

2、显示所有进程的所有详细信息，遇到相同的进程名可以压缩显示。

# pstree  -a

3、显示当前所有进程的进程号和进程id。

# pstree -p

ps（重要）

通过查看进程的内核参数来进行友好的输出。

# ps - report a snapshot of the current processes.

Linux系统各进程的相关信息均保存在/proc/PID目录下的各文件中。

语法格式

# ps [options]

选项有三种风格

• 1 UNIX options, which may be grouped and must be preceded by a dash.（例 -A -e）
• 2 BSD options, which may be grouped and must not be used with a dash.（例 a）
• 3 GNU long options, which are preceded by two dashes.（如 --help）

启动进程的方式

• 系统启动过程中自动启动：与终端无关的进程
• 用户通过终端启动：与终端相关的进程

选项

a                 # 选项包括所有终端中的进程
x                 # 选项包括不链接终端的进程
u                 # 选项显示进程所有者的信息
f                 # 选项显示进程树,相当于 --forest
k|--sort          # 属性 对属性排序,属性前加- 表示倒序
o                 # 属性… 选项显示定制的信息 pid、cmd、%cpu、%mem
L                 # 显