linux程序管理

文章目錄

• 本章節目标
• 程序基本概述
• • 程序的組成部分
  • 程序的環境
  • 程序的産生
  • 程序的分類
• 程序狀态
• • linux程序狀态
• 程序優先級
• • linux程序排程與多任務
  • 程序優先級
  • 相對優先級
  • nice級别與權限
  • 程序優先級調整
• 程序管理指令
• • ps
  • • 實驗操作
  • pstree
  • pgrep
  • pidof
  • vmstat

本章節目标

程序基本概述

程序狀态

程序優先級

程序管理指令

控制作業 （下期）

程序間的通信 （下期）

使用信号控制程序 （下期）

監控程序活動 （下期）

程序基本概述

程序是已啟動的可執行程式的運作中執行個體。

/proc目錄下以數字為名的目錄，每一個目錄代表一個程序，儲存着程序的屬性資訊。每一個程序的PID是唯一的，就算程序退出了，其它程序也不會占用其PID。

程序的組成部分

• 已配置設定記憶體的位址空間
• 安全屬性，包括所有權憑據和特權
• 程式代碼的一個或多個執行線程
• 程序狀态

程序的環境

• 本地的全局變量
• 目前排程上下文
• 配置設定的系統資源，如檔案描述符合網絡端口

程序的産生

現有的（父）程序複制自己的位址空間（fork）來建立一個新的（子）程序結構。

每個新程序配置設定有一個唯一的程序ID（PID），滿足跟蹤和安全性之需。PID與父程序ID（PPID）是新程序環境的元素。

任何程序可建立子程序。所有程序都是第一個系統程序的後代。

RHEL7上，第一個系統程序是systemd

程序的分類

• 前台程序：與終端相關的程序，通過終端啟動的程序
  • 注意：也可把在前台啟動的程序送往背景，以守護模式運作
• 守護程序：daemon，與終端無關的程序（如核心），在系統引導過程中啟動的程序

程序狀态

xcuting //運作态

Ready //就緒态，也可以稱作睡眠态

Uninterruptible sleep //不可中斷的睡眠。不可随時喚醒，隻有當IO資源加載成功後才能喚醒

Interruptible sleep //可中斷的睡眠。可随時喚醒

Zombie //僵屍程序。正常運作結束了，但是不釋放占據的記憶體

Stopped //停止态，暫停于記憶體中，但不會被排程，除非手動啟動之

程序睡眠的原因：

當一個執行中的程序，需要加載額外的IO資源的時候，由于IO裝置的速度太慢，是以會轉入睡眠狀态等待，交出CPU給其他程序，以免浪費剩餘執行時間

在多任務處理作業系統中，每個CPU（或CPU核心）在一個時間點上處理一個程序。在程序運作時，它對CPU時間和資源配置設定的直接要求會有變化。程序配置設定有一個狀态，它随着環境要求而改變。

linux程序狀态

标志	核心定義的狀态名稱和描述
R	TASK_RUNNING：程序正在CPU上執行，或者正在等待運作。處于運作中（或可運作）狀态時，程序可能正在執行使用者例程或核心例程（系統調用），或者已排隊并就緒
S	TASK_INTERRUPTIBLE：程序處于睡眠狀态且正在等待某一條件：硬體請求、系統資源通路或信号。當事件或信号滿足該條件時，該程序将傳回到運作中
D	TASK_UNINTERRUPTIBLE：此程序也在睡眠，但與S狀态不同，不會響應傳遞的信号。僅在特定的條件下使用，其中程序中斷可能會導緻意外的裝置狀态
K	TASK_KILLABLE：程序處于睡眠狀态，與不可中斷的D狀态相同，但有所修改，允許等待中的任務通過響應信号而被中斷（徹底退出）。實用程式通常将可中斷的程序顯示為D狀态
T	TASK_STOPPED：程序已被停止（暫停），通常是通過使用者或其他程序發出的信号。程序可以通過另一信号傳回到運作中狀态，繼續執行（恢複）
T	TASK_TRACED：正在被調試的程序也會臨時停止，并且共享同一個T狀态标志
Z	EXIT_ZOMBIE：子程序在退出時向父程序發出信号。除程序身份（PID）之外的所有資源都已釋放
X	EXIT_DEAD：當父程序清理（擷取）剩餘的子程序結構時，程序現在已徹底釋放。此狀态從不會在程序列出實用程式中看到
<	高優先級程序
N	低優先級程序
+	前台程序組中的程序
丨	多線程程序
s	會話程序首程序

程序優先級

linux程序排程與多任務

現代計算機系統中既包含每次隻能執行一個指令的低端處理器，也包含高性能超級計算機，這些超級計算機每台配備數百個CPU，每個CPU上具有多個核心，它們可以并行執行數以百計的指令。但是所有這些系統往往具有一個共同點：它們需要運作的程序數量總是超出實際具有的核心數。

通過時間分片技術，Linux（和其他作業系統）實際能夠運作的程序數（和線程數）可以超出可用的實際處理單元數。作業系統程序排程程式将在單個核心上的程序之間進行快速切換，進而給使用者一種有多個程序在同時運作的印象。

執行此切換的Linux核心部分稱為程序排程程式。

程序優先級

• 程序優先級範圍：0-139，數字越小，優先級越高
  • 0-99：實時優先級，核心調整
  • 100-139：靜态優先級，使用者可控制
• 程序優先級高的特點：
  • 獲得更多的CPU運作時間
  • 更優先獲得CPU運作的機會

要修改程序的優先級可以通過調整程序的nice值來實作，nice值越小，優先級越高：

nice值的範圍是（-20，19），-20對應100，19對應139

相對優先級

由于不是每種程序都與其他程序同樣重要，可告知排程程式為不同的程序使用不同的排程政策。正常系統上運作的大多數程序所使用的排程政策稱為SCHED_OTHER，但還有一些其他政策可用于不同的目的。

由于并非所有程序都以同樣的方式建立，可為采用SCHED_NORMAL政策運作的程序指定相對優先級。此優先級稱為程序的nice值。一個程序可以有40種不同級别的nice值。

這些nice級别的範圍是從-20到19。預設情況下，程序将繼承其父程序的nice級别，通常為0

nice級别越高，表示優先級越低（該程序容易将其CPU使用量讓給其他程序）

nice級别越低，表示優先級越高（該程序更加不傾向于讓出CPU）

如果不存在資源争用（例如當活動程序數少于可用CPU核心數時），即使nice級别高的程序也将仍使用它們可使用的所有可用CPU資源。但當請求CPU時間的程序數超過可用核心數時，nice級别較高的程序将比nice級别較低的程序收到更少的CPU時間

nice級别與權限

為很占CPU資源的程序設定較低的nice級别可能會對同一系統上運作的其他程序的性能造成負面影響，是以僅允許root使用者設定負nice級别以及降低現有程序的nice級别。

普通非特權使用者僅允許設定正的nice級别。隻能對現有程序提升nice級别，而不能降低nice級别。

程序優先級調整

程序優先級調整：調整nice值

//調整已經啟動的程序的nice值：

renice NI PID（例：renice 3 3704）

//在啟動時指定nice值：（-20，19）

nice -n NI COMMAND

[[email protected] ~]# ps -el | grep vim
4 S     0   1622   1583  0  80   0 - 37333 poll_s pts/1    00:00:00 vim
[[email protected] ~]# renice 19 1622
1622 (程序 ID) 舊優先級為 0，新優先級為 19
[[email protected] ~]# ps -el | grep vim
4 S     0   1622   1583  0  99  19 - 37333 poll_s pts/1    00:00:00 vim

           

程序管理指令

ps

ps(process state)指令用于列出目前的程序。可以顯示詳細的程序資訊，包括：

• 使用者識别符（UID），它确定程序的特權
• 唯一程序識别符（PID）
• CPU和已經花費的實時時間
• 程序在各種位置上配置設定的記憶體數量
• 程序的位置STDOUT，稱為控制終端
• 目前的程序狀态

ps支援三種選項格式：

• UNIX（POSIX）選項，可以分組但必須以連字元開頭
• BSD 選項，可以分組但不可與連字元同用
• GNU 長選項，以雙連字元開頭

ps(process state)，顯示程序資訊。注意事項：

• 加了［］中括号的，表示核心線程，通常位于頂部
• exiting或defunct表示僵屍程序

//常用選項：

a //顯示所有與終端有關的程序

u //顯示程序是由哪個使用者啟動的

x //顯示所有與終端無關的程序

-e //顯示所有程序，與-A效果相同

-l //以長格式顯示

-F //顯示更詳細的完整格式的程序資訊

-f //顯示更詳細的完整格式的程序資訊

-H //以程序層級格式顯示程序相關資訊

-o //根據自己的需要選擇要顯示的字段

//aux結果解析：

VSZ //Virtual memory SiZe，虛拟記憶體集

RSS //ReSident Size，常駐記憶體集

STAT //程序狀态

TIME //運作時的累積時長

//ps指令結果解析：

NI //nice值

PRI //優先級

PSR //程序運作在哪個CPU核心上

RTPTRIO //實時優先級

C //運作的CPU編号

STIME //程序的啟動時間

VSZ //Virtual memory SiZe，虛拟記憶體集

RSS //ReSident Size，常駐記憶體集

STAT //程序狀态

TIME //運作時的累積時長

實驗操作

指令選項【-a】

作用：顯示所有與終端有關的程序

[[email protected] ~]# ps -a
   PID TTY          TIME CMD
  1463 pts/0    00:00:00 bash
  1475 pts/0    00:00:00 ps
           

指令選項【-u】

作用：顯示程序是有哪個使用者啟動的

[[email protected] ~]# ps -u
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root        781  0.0  0.0 110044   828 tty1     Ss+  15:08   0:00 /sbin/agetty --noclear tty1 linux
root       1404  0.0  0.0 115392  2020 pts/0    Ss   15:08   0:00 -bash
root       1463  0.0  0.0 115392  2044 pts/0    S    15:08   0:00 bash
root       1487  0.0  0.0 151064  1816 pts/0    R+   15:11   0:00 ps -u

           

指令選項【-x】

作用：顯示所有與終端無關的程序

//截取部分
[[email protected] ~]# ps -x
   PID TTY      STAT   TIME COMMAND
     1 ?        Ss     0:01 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root --syst
     2 ?        S      0:00 [kthreadd]
     3 ?        S      0:00 [ksoftirqd/0]
     4 ?        S      0:00 [kworker/0:0]
     5 ?        S<     0:00 [kworker/0:0H]
     6 ?        S      0:00 [kworker/u256:0]
     7 ?        S      0:00 [migration/0]
     8 ?        S      0:00 [rcu_bh]
     9 ?        S      0:00 [rcu_sched]
    10 ?        S      0:00 [watchdog/0]
    11 ?        S      0:00 [watchdog/1]
    12 ?        S      0:00 [migration/1]
    13 ?        S      0:00 [ksoftirqd/1]
           

指令選項【-e】

作用：顯示作用程序，與-A效果相同

//截取部分
[[email protected] ~]# ps -e
   PID TTY          TIME CMD
     1 ?        00:00:01 systemd
     2 ?        00:00:00 kthreadd
     3 ?        00:00:00 ksoftirqd/0
     5 ?        00:00:00 kworker/0:0H
     7 ?        00:00:00 migration/0
     8 ?        00:00:00 rcu_bh
     9 ?        00:00:00 rcu_sched
    10 ?        00:00:00 watchdog/0
    11 ?        00:00:00 watchdog/1
    12 ?        00:00:00 migration/1
    13 ?        00:00:00 ksoftirqd/1
    14 ?        00:00:00 kworker/1:0
    15 ?        00:00:00 kworker/1:0H
    17 ?        00:00:00 kdevtmpfs
    18 ?        00:00:00 netns

           

指令選項【-l】

作用：以長格式顯示

[[email protected] ~]# ps -l
F S   UID    PID   PPID  C PRI  NI ADDR SZ WCHAN  TTY          TIME CMD
4 S     0   1404   1399  0  80   0 - 28848 do_wai pts/0    00:00:00 bash
4 S     0   1463   1404  0  80   0 - 28848 do_wai pts/0    00:00:00 bash
0 R     0   1499   1463  0  80   0 - 37235 -      pts/0    00:00:00 ps

           

指令選項【-F】

作用：顯示更詳細的完整格式的程序資訊

[[email protected] ~]# ps -F
UID         PID   PPID  C    SZ   RSS PSR STIME TTY          TIME CMD
root       1404   1399  0 28848  2020   1 15:08 pts/0    00:00:00 -bash
root       1463   1404  0 28848  2044   0 15:08 pts/0    00:00:00 bash
root       1500   1463  0 37766  1788   0 15:17 pts/0    00:00:00 ps -F

           

指令選項【-f】

作用：顯示更詳細的完整格式的程序資訊

[[email protected] ~]# ps -f
UID         PID   PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root       1404   1399  0 15:08 pts/0    00:00:00 -bash
root       1463   1404  0 15:08 pts/0    00:00:00 bash
root       1501   1463  0 15:18 pts/0    00:00:00 ps -f

           

指令選項【-H】

作用：以程序層級格式顯示程序相關資訊

[[email protected] ~]# ps -H
   PID TTY          TIME CMD
  1404 pts/0    00:00:00 bash
  1463 pts/0    00:00:00   bash
  1504 pts/0    00:00:00     ps

           

指令選項【-o】

作用：根據自己的需求選擇要顯示的字段

[[email protected] ~]# ps -o pid,ni,uid,tty
   PID  NI   UID TT
  1404   0     0 pts/0
  1463   0     0 pts/0
  1508   0     0 pts/0

           

雜合選項【-aux】

[[email protected] ~]# ps -aux
USER        PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root          1  0.2  0.1 194652  6456 ?        Ss   15:07   0:01 /usr/lib/
root          2  0.0  0.0      0     0 ?        S    15:07   0:00 [kthreadd
root          3  0.0  0.0      0     0 ?        S    15:07   0:00 [ksoftirq
root          5  0.0  0.0      0     0 ?        S<   15:07   0:00 [kworker/
root          7  0.0  0.0      0     0 ?        S    15:07   0:00 [migratio
root          8  0.0  0.0      0     0 ?        S    15:07   0:00 [rcu_bh]
root          9  0.0  0.0      0     0 ?        S    15:07   0:00 [rcu_sche
           

pstree

yun provides semanage //反向查找自己需要的yum源包
           

pstree用于顯示目前系統上的程序樹

[[email protected] ~]# pstree 
systemd─┬─NetworkManager───2*[{NetworkManager}]
        ├─VGAuthService
        ├─agetty
        ├─auditd───{auditd}
        ├─chronyd
        ├─crond
        ├─dbus-daemon───{dbus-daemon}
        ├─firewalld───{firewalld}
        ├─irqbalance
        ├─lvmetad
        ├─master─┬─pickup
        │        └─qmgr
        ├─polkitd───5*[{polkitd}]
        ├─rhnsd
        ├─rhsmcertd
        ├─rsyslogd───2*[{rsyslogd}]
        ├─sshd───sshd───bash───bash───pstree
        ├─systemd-journal
        ├─systemd-logind
        ├─systemd-udevd
        ├─tuned───4*[{tuned}]
        └─vmtoolsd───{vmtoolsd}
           

pgrep

以grep風格指定隻顯示哪些程序，在目前系統中找符合某些特性的程序。隻顯示程序号

[[email protected] ~]# pgrep sshd
1109
1399
1600
[[email protected] ~]# ps -ef | grep sshd
root       1109      1  0 15:08 ?        00:00:00 /usr/sbin/sshd -D
root       1399   1109  0 15:08 ?        00:00:00 sshd: [email protected]/0
root       1600   1109  0 15:34 ?        00:00:00 sshd: [email protected]/2
root       1666   1604  0 15:41 pts/2    00:00:00 grep --color=auto sshd

           

pidof

根據程序名查找PID号

[[email protected] ~]# pidof sshd
1600 1399 1109
[[email protected] ~]# ps -ef | grep sshd
root       1109      1  0 15:08 ?        00:00:00 /usr/sbin/sshd -D
root       1399   1109  0 15:08 ?        00:00:00 sshd: [email protected]/0
root       1600   1109  0 15:34 ?        00:00:00 sshd: [email protected]/2
root       1671   1604  0 15:43 pts/2    00:00:00 grep --color=auto sshd

           

vmstat

虛拟記憶體狀态檢視指令

//文法：vmstat [options] [delay] [count]]
//例
vmstat 2 //表示每2秒重新整理一次
vmstat 2 5 //表示每2秒重新整理一次，重新整理5次後退出
//常用選項：
-s      //顯示記憶體的統計資料
[[email protected] ~]# vmstat
procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 3399384   2788 295884    0    0    47    10   52   49  0  0 99  0  0
procs：
r（running）  //表示等待運作的隊列長度，也即等待運作的程序的個數
b（block）    //表示阻塞隊列長度，也即處于不可中斷睡眠态的程序個數
memory：
swpd        //交換記憶體的使用總量
free        //空閑實體記憶體總量
buffer      //用于buffer的記憶體總量
cache       //用于cache的記憶體總量
swap：
si（swap in）     //表示從實體記憶體有多少頁面換進swap，也即資料進入swap的資料速率（kb/s）
so（swap out）    //表示從swap有多少頁面換進實體記憶體，也即資料離開swap的資料速率（kb/s）
io：
bi（block in）    //表示磁盤塊有多少個被調入記憶體中，也即從塊裝置讀入資料到系統的速率（kb/s）
bo（block out）   //表示有多少個磁盤塊從記憶體中被同步到硬碟上去了，也即儲存資料至塊裝置的速率（kb/s）
system：
in（ interrupts）     //表示中斷的個數，也即中斷速率（kb/s）
cs（context switch）  //表示上下文切換的次數，也即程序切換速率（kb/s）
CPU：
us      //表示使用者空間
sy      //表示核心空間
id      //表示空閑百分比
wa      //表示等待IO完成所占據的時間百分比
st      //表示steal，被虛拟化技術偷走的時間（比如運作虛拟機）