Linux进程管理
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。
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
| 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
| 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)
| 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 wa | CPU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
| 数字编号 | 信号含义 | 信号翻译 |
|---|---|---|
| 1 | SIGHUP | 通常用来重新加载配置文件 |
| 9 | SIGKILL | 强制杀死进程 |
| 15 | SIGTERM | 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
