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Linux进程管理

5年前 (2019-08-30)linux基础429

进程概述

1.当我们运行一个程序,那么我们将运行的程序叫进程。

PS1: 当程序运行为进程后,系统会为该进程分配内存,以及进程运行的身份和权限。

PS2: 在进程运行的过程中,系统会有各种指标来表示当前运行的状态。


2.程序和进程的区别

1.程序是数据和指令的集合,是一个静态的概念。比如/bin/ls、/bin/cp等二进制文件。同时程序可以长期存在系统中。

2.进程是程序运行的过程,是一个动态的概念。进程是存在生命周期的概念的,也就是说进程会随着程序的终止而销毁,不会永久存在系统中。


3.进程的生命周期

生命周期就是指一个对象的生老病死。

image.png

当父进程接收到任务调度时,会通过fock派生子进程来处理,那么子进程会继承父进程属性。

1.子进程在处理任务代码时,父进程会进入等待状态中...

2.子进程在处理任务代码后,会执行退出,然后唤醒父进程来回收子进程的资源。

3.如果子进程在处理任务过程中,父进程退出了,子进程没有退出,那么这些子进程就没有父进程来管理了,就变成僵尸进程。

PS: 每个进程都父进程的PPID,子进程则叫PID。


监控进程状态

查看进程的状态分为: 静态和动态两种方式


1.使用ps命令查看当前的进程状态(静态)

1)示例、ps -aux常用组合,查看进程 用户、PID、占用cpu百分比、占用内存百分比、状态、执行的命令等

image.png

状态描述
USER启动进程的用户
PID进程运行的ID号
%CPU进程占用CPU百分比
%MEM进程占用内存百分比
VSZ进程占用虚拟内存大小 (单位KB)
RSS进程占用物理内存实际大小 (单位KB)
TTY进程是由哪个终端运行启动的tty1、pts/0等 ?表示内核程序与终端无关
STAT进程运行过程中的状态 man ps (/STATE)
START进程的启动时间
TIME进程占用 CPU 的总时间(为0表示还没超过秒)
COMMAND程序的运行指令,[ 方括号 ] 属于内核态的进程。 没有 [ ] 的是用户态进程。

1.2.STAT状态

image.png

STAT基本状态描述STAT状态+符号描述
R进程运行s进程是控制进程, Ss进程的领导者,父进程
S可中断睡眠<进程运行在高优先级上,S<优先级较高的进程
T进程被暂停N进程运行在低优先级上,SN优先级较低的进程
D不可中断睡眠+当前进程运行在前台,R+该表示进程在前台运行
Z僵尸进程l进程是多线程的,Sl表示进程是以线程方式运行

案例一、PS命令查看进程状态切换


#1.在终端1上运行vim
[root@qmf ~]# vim qmf

#2.在终端2上运行ps命令查看状态
[root@qmf ~]# ps aux|grep qmf    #S表示睡眠模式,+表示前台运行
root      58118  0.4  0.2 151788  5320 pts/1    S+   22:11   0:00 qmf
root      58120  0.0  0.0 112720   996 pts/0    R+   22:12   0:00 grep --color=auto qmf

#在终端1上挂起vim命令,按下:ctrl+z 

#3.回到终端2再次运行ps命令查看状态
[root@qmf ~]# ps aux|grep qmf    #T表示停止状态
root      58118  0.1  0.2 151788  5320 pts/1    T    22:11   0:00 vim qmf
root      58125  0.0  0.0 112720   996 pts/0    R+   22:12   0:00 grep --color=auto qmf


案例二、PS命令查看不可中断状态进程


#1.使用tar打包文件时,可以通过终端不断查看状态,由S+,R+变为D+
[root@qmf ~]# tar -czf etc.tar.gz /etc/ /usr/ /var/

[root@qmf ~]# ps aux|grep tar|grep -v grep
root      58467  5.5  0.2 127924  5456 pts/1    R+   22:22   0:04 tar -czf etc.tar.gz /etc/ 

[root@qmf ~]# ps aux|grep tar|grep -v grep
root      58467  5.5  0.2 127088  4708 pts/1    S+   22:22   0:03 tar -czf etc.tar.gz /etc/ 

[root@qmf ~]# ps aux|grep tar|grep -v grep
root      58467  5.6  0.2 127232  4708 pts/1    D+   22:22   0:03 tar -czf etc.tar.gz /etc/




2.使用top命令查看当前的进程状态(动态)


image.png

任务含义
Tasks: 129 total当然进程的总数
1 running正在运行的进程数
128 sleeping睡眠的进程数
0 stopped停止的进程数
0 zombie僵尸进程数
%Cpu(s): 0.7 us系统用户进程使用CPU百分比
0.7 sy内核中的进程占用CPU百分比,通常内核是于硬件进行交互
98.7 id空闲CPU的百分比
0.0 waCPU等待IO完成的时间
0.0 hi硬中断,占的CPU百分比
0.0 si软中断,占的CPU百分比
0.0 st比如虚拟机占用物理CPU的时间


2.1top 常见指令

字母含义
h查看帮出
1数字1,显示所有CPU核心的负载
z以高亮显示数据
b高亮显示处于R状态的进程
M按内存使用百分比排序输出
P按CPU使用百分比排序输出
q退出top


2.2.管理进程状态

停止进程,可以使用linux的kill命令对进程发送关闭信号。除了kill、还有killall,pkill


2.2.1.使用kill -l列出当前系统所支持的信号

image.png

数字编号信号含义信号翻译
1SIGHUP通常用来重新加载配置文件
9SIGKILL强制杀死进程
15SIGTERM终止进程,默认kill使用该信号


2.2.2我们使用kill命令杀死指定PID的进程。

#1.给 vsftpd 进程发送信号 1,15
[root@qmf ~]# yum -y install vsftpd
[root@qmf ~]# systemctl start vsftpd
[root@qmf ~]# ps aux|grep vsftpd

#2.发送重载信号,例如 vsftpd 的配置文件发生改变,希望重新加载
[root@qmf ~]# kill -1 9160

#3.发送停止信号,当然vsftpd 服务有停止的脚本 systemctl stop vsftpd
[root@qmf ~]# kill 9160

#4.发送强制停止信号,当无法停止服务时,可强制终止信号
[root@qmf ~]# kill -9 9160


2.2.3Linux系统中的killall、pkill命令用于杀死指定名字的进程。可以使用kill命令杀死指定进程PID的进程,如果要找到需要杀死的进程,还需要在之前使用ps等命令再配合grep来查找进程,而killall、pkill把这两个过程合二为一,是一个很好用的命令。


#例1、通过服务名称杀掉进程
[root@qmf ~]# pkill nginx
[root@qmf ~]# killall nginx

#例2、使用pkill踢出从远程登录到本机的用户,终止pts/0上所有进程, 并且bash也结束(用户被强制退出)
[root@qmf ~]# pkill -9 -t pts/0


3.管理后台进程


早期使用&符号将进程放入后台,然后在使用jobs、bg、fg等方式查看进程状态,但太麻烦了。推荐使用screen。


3.1.jobs、bg、fg的使用


[root@qmf ~]# sleep 3000 &       #运行程序(时),让其在后台执行 

[root@qmf ~]# sleep 4000         #^Z,将前台的程序挂起(暂停)到后台 
[2]+ Stopped sleep 4000

[root@qmf ~]# ps aux |grep sleep

[root@qmf ~]# jobs              #查看后台作业
[1]- Running sleep 3000 & 
[2]+ Stopped sleep 4000

[root@qmf ~]# bg %2     #让作业 2 在后台运行
[root@qmf ~]# fg %1     #将作业 1 调回到前台

[root@qmf ~]# kill %1       #kill 1,终止 PID 为 1 的进程

[root@qmf ~]# (while :; do date; sleep 2; done) &         #进程在后台运行,但输出依然在当前终端
[root@qmf ~]# (while :; do date; sleep 2; done) &>/dev/null &


3.2.screen的使用(强烈推荐,生产必用)


#1.安装
[root@qmf ~]# yum install screen -y

#2.开启一个screen窗口,指定名称
[root@qmf ~]# screen -S wget_mysql

#3.在screen窗口中执行任务即可

#4.平滑的退出screen,但不会终止screen中的任务。注意: 如果使用exit 才算真的关闭screen窗口
ctrl+a+d

#5.查看当前正在运行的screen有哪些
[root@qmf ~]# screen -list
There is a screen on:
    22058.wget_mysql    (Detached)
1 Socket in /var/run/screen/S-root.

#6.进入正在运行的screen
[root@qmf ~]# screen -r wget_mysql
[root@qmf ~]# screen -r 22058


4.进程的优先级


4.1.优先级指的是优先享受资源


4.2.在启动进程时,为不同的进程使用不同的调度策略。

nice 值越高: 表示优先级越低,例如+19,该进程容易将CPU 使用量让给其他进程。

nice 值越低: 表示优先级越高,例如-20,该进程更不倾向于让出CPU。


4.3使用top或ps命令查看进程的优先级


#1.使用top可以查看nice优先级。  NI: 实际nice级别,默认是0。 PR: 显示nice值,-20映射到0,+19映射到39
PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S %CPU %MEM     TIME+ COMMAND
1083 root      20   0  298628   2808   1544 S  0.3  0.1   2:49.28 vmtoolsd
5    root       0 -20       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.00 kworker/0:+

#2.使用ps查看进程优先级
[root@m01 ~]# ps axo command,nice |grep sshd|grep -v grep
/usr/sbin/sshd -D             0
sshd: root@pts/2              0



4.4nice指定程序的优先级。语法格式 nice -n 优先级数字 进程名称


#1.开启vim并且指定程序优先级为-5
[root@m01 ~]# nice -n -5 vim &
[1] 98417

#2.查看该进程的优先级情况
[root@m01 ~]# ps axo pid,command,nice |grep 98417
 98417 vim   -5


4.5.renice命令修改一个正在运行的进程优先级。语法格式 renice -n 优先级数字 进程pid


#1.查看sshd进程当前的优先级状态
[root@m01 ~]# ps axo pid,command,nice |grep 折叠shd
 70840 sshd: root@pts/2    0
 98002 /usr/sbin/sshd -D   0
 
#2.调整sshd主进程的优先级
[root@m01 ~]# renice -n -20 98002
98002 (process ID) old priority 0, new priority -20

#3.调整之后记得退出终端
[root@m01 ~]# ps axo pid,command,nice |grep 折叠shd
 70840 sshd: root@pts/2   0
 98002 /usr/sbin/sshd -D  -20
[root@m01 ~]# exit

#4.当再次登陆sshd服务,会由主进程fork子进程(那么子进程会继承主进程的优先级)
[root@m01 ~]# ps axo pid,command,nice |grep 折叠shd
 98002 /usr/sbin/sshd -D    -20
 98122 sshd: root@pts/0     -20


5.系统平均负载


5.1平均负载是指单位时间内,系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数,也就是单位时间内平均活跃进程数,

PS: 平均负载与 CPU 使用率并没有直接关系。


5.2.可运行状态和不可中断状态

1.可运行状态进程,是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程,也就是我们ps 命令看到处于 R 状态的进程。

2.不可中断进程,(你做什么事情的时候是不能打断的?) 系统中最常见的是等待硬件设备的 I/O 响应,也就是我们 ps 命令中看到的 D 状态(也称为 Disk Sleep)的进程。

例如: 当一个进程向磁盘读写数据时,为了保证数据的一致性,在得到磁盘回复前,它是不能被其他进程或者中断打断的,这个时候的进程就处于不可中断状态。如果此时的进程被打断了,就容易出现磁盘数据与进程数据不一致的问题。所以,不可中断状态实际上是系统对进程和硬件设备的一种保护机制。


5.3.那平均负载为多少时合理

最理想的状态是每个 CPU 上都刚好运行着一个进程,这样每个 CPU 都得到了充分利用。所以在评判平均负载时,首先你要知道系统有几个 CPU,这可以通过 top 命令获取,或grep 'model name' /proc/cpuinfo


例1、假设现在在 4、2、1核的CPU上,如果平均负载为 2 时,意味着什么呢?

Q1.在4 个 CPU 的系统上,意味着 CPU 有 50% 的空闲。

Q2.在2 个 CPU 的系统上,意味着所有的 CPU 都刚好被完全占用。

Q3.而1 个 CPU 的系统上,则意味着有一半的进程竞争不到 CPU。


1.如果 1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值基本相同,或者相差不大,那就说明系统负载很平稳。

2.但如果 1 分钟的值远小于 15 分钟的值,就说明系统最近 1 分钟的负载在减少,而过去 15 分钟内却有很大的负载。

3.反过来,如果 1 分钟的值远大于 15 分钟的值,就说明最近 1 分钟的负载在增加,这种增加有可能只是临时性的,也有可能还会持续上升,所以就需要持续观察。

PS: 一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了 CPU 的个数,就意味着系统正在发生过载的问题,这时就得分析问题,并要想办法优化了


例子3、假设我们在有2个 CPU 系统上看到平均负载为 2.73,6.90,12.98

那么说明在过去1 分钟内,系统有 136% 的超载 (2.73/2=136%)

而在过去 5 分钟内,有 345% 的超载 (6.90/2=345%)

而在过去15 分钟内,有 649% 的超载,(12.98/2=649%)

但从整体趋势来看,系统的负载是在逐步的降低。


5.4.那么在实际生产环境中,平均负载多高时,需要我们重点关注

当平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候,你就应该分析排查负载高的问题了。一旦负载过高,就可能导致进程响应变慢,进而影响服务的正常功能。

但 70% 这个数字并不是绝对的,最推荐的方法,还是把系统的平均负载监控起来,然后根据更多的历史数据,判断负载的变化趋势。当发现负载有明显升高趋势时,比如说负载翻倍了,你再去做分析和调查。


5.5.平均负载与 CPU 使用率有什么关系

在实际工作中,我们经常容易把平均负载和 CPU 使用率混淆,所以在这里,我也做一个区分。可能你会疑惑,既然平均负载代表的是活跃进程数,那平均负载高了,不就意味着 CPU 使用率高吗?

我们还是要回到平均负载的含义上来,平均负载是指单位时间内,处于可运行状态和不可中断状态的进程数。所以,它不仅包括了正在使用 CPU 的进程,还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程。


而 CPU 使用率,是单位时间内 CPU 繁忙情况的统计,跟平均负载并不一定完全对应。比如:

CPU 密集型进程,使用大量 CPU 会导致平均负载升高,此时这两者是一致的;

I/O 密集型进程,等待 I/O 也会导致平均负载升高,但 CPU 使用率不一定很高;

大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高,此时的 CPU 使用率也会比较高。


5.6.平均负载案例分析实战

下面,我们以三个示例分别来看这三种情况,并用 stress、mpstat、pidstat 等工具,找出平均负载升高的根源。

stress 是 Linux 系统压力测试工具,这里我们用作异常进程模拟平均负载升高的场景。

mpstat 是多核 CPU 性能分析工具,用来实时查看每个 CPU 的性能指标,以及所有 CPU 的平均指标。

pidstat 是一个常用的进程性能分析工具,用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。


#如果出现无法使用mpstat、pidstat命令查看%wait指标建议更新下软件包

wget http://pagesperso-orange.fr/sebastien.godard/sysstat-11.7.3-1.x86_64.rpm

rpm -Uvh sysstat-11.7.3-1.x86_64.rpm


场景一:CPU 密集型进程


1.首先,我们在第一个终端运行 stress 命令,模拟一个 CPU 使用率 100% 的场景:

[root@m01 ~]# stress --cpu 1 --timeout 600


2.接着,在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况

# 使用watch -d 参数表示高亮显示变化的区域(注意负载会持续升高)
[root@m01 ~]# watch -d uptime
17:27:44 up 2 days,  3:11,  3 users,  load average: 1.10, 0.30, 0.17


3.最后,在第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况


# -P ALL 表示监控所有 CPU,后面数字 5 表示间隔 5 秒后输出一组数据
[root@m01 ~]# mpstat -P ALL 5
Linux 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64 (m01)   2019年04月29日     _x86_64_    (1 CPU)
17时32分03秒  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
17时32分08秒  all   99.80    0.00    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
17时32分08秒    0   99.80    0.00    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

#单核CPU所以只有一个all和0


4.从终端二中可以看到,1 分钟的平均负载会慢慢增加到 1.00,而从终端三中还可以看到,正好有一个 CPU 的使用率为 100%,但它的 iowait 只有 0。这说明,平均负载的升高正是由于 CPU 使用率为 100% 。那么,到底是哪个进程导致了 CPU 使用率为 100% 呢?可以使用 pidstat 来查询


# 间隔 5 秒后输出一组数据
[root@m01 ~]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64 (m01)   2019年04月29日     _x86_64_(1 CPU)
17时33分21秒   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
17时33分26秒     0    110019   98.80    0.00    0.00   98.80     0  stress

#从这里可以明显看到,stress 进程的 CPU 使用率为 100%。


场景二:I/O 密集型进程


1.首先还是运行 stress 命令,但这次模拟 I/O 压力,即不停地执行 sync

[root@m01 ~]# stress  --io 1 --timeout 600s


2.然后在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况:


[root@m01 ~]# watch -d uptime
18:43:51 up 2 days,  4:27,  3 users,  load average: 1.12, 0.65, 0.00


3.最后第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况:


# 显示所有 CPU 的指标,并在间隔 5 秒输出一组数据

[root@m01 ~]# mpstat -P ALL 5
Linux 3.10.0-693.2.2.el7.x86_64 (bgx.com)   2019年05月07日     _x86_64_    (1 CPU)
14时20分07秒  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
14时20分12秒  all    0.20    0.00   82.45   17.35    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
14时20分12秒    0    0.20    0.00   82.45   17.35    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

#会发现cpu的与内核打交道的sys占用非常高


4.那么到底是哪个进程,导致 iowait 这么高呢?我们还是用 pidstat 来查询


# 间隔 5 秒后输出一组数据,-u 表示 CPU 指标
[root@m01 ~]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64 (m01)   2019年04月29日     _x86_64_(1 CPU)
18时29分37秒   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
18时29分42秒     0    127259   32.60    0.20    0.00   67.20   32.80     0  stress
18时29分42秒     0    127261    4.60   28.20    0.00   67.20   32.80     0  stress
18时29分42秒     0    127262    4.20   28.60    0.00   67.20   32.80     0  stress

#可以发现,还是 stress 进程导致的。


场景三:大量进程的场景

当系统中运行进程超出 CPU 运行能力时,就会出现等待 CPU 的进程。


1.首先,我们还是使用 stress,但这次模拟的是 4 个进程

[root@m01 ~]# stress -c 4 --timeout 600


2.由于系统只有 1 个 CPU,明显比 4 个进程要少得多,因而,系统的 CPU 处于严重过载状态


[root@m01 ~]# watch -d uptime
19:11:07 up 2 days,  4:45,  3 users,  load average: 4.65, 2.65, 4.65


3.然后,再运行 pidstat 来看一下进程的情况:


# 间隔 5 秒后输出一组数据
[root@m01 ~]# pidstat -u 5 1
平均时间:   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    %CPU   CPU  Command
平均时间:     0    130290   24.55    0.00    0.00   75.25   24.55     -  stress
平均时间:     0    130291   24.95    0.00    0.00   75.25   24.95     -  stress
平均时间:     0    130292   24.95    0.00    0.00   75.25   24.95     -  stress
平均时间:     0    130293   24.75    0.00    0.00   74.65   24.75     -  stress

可以看出,4 个进程在争抢 1 个 CPU,每个进程等待 CPU 的时间(也就是代码块中的 %wait 列)高达 75%。这些超出 CPU 计算能力的进程,最终导致 CPU 过载。


分析完这三个案例,我再来归纳一下平均负载与CPU

平均负载提供了一个快速查看系统整体性能的手段,反映了整体的负载情况。但只看平均负载本身,我们并不能直接发现,到底是哪里出现了瓶颈。所以,在理解平均负载时,也要注意:

平均负载高有可能是 CPU 密集型进程导致的;

平均负载高并不一定代表 CPU 使用率高,还有可能是 I/O 更繁忙了;

当发现负载高的时候,你可以使用 mpstat、pidstat 等工具,辅助分析负载的来源


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