Linux 程序管理 - tw511教學網

基礎知識

程序

核心的功能和作用：檔案系統管理、網路管理、程序管理、記憶體管理等，屬於linux最基礎的功能

程序：process，正在執行中的程式的一個副本。允許有多個程序同時執行。

#作業系統負責分配cpu執行程序的順序和時間

#副本：把磁碟上的指定檔案載入到記憶體進行執行  執行多次就會有多個副本

#多範例：一個程式生成多個副本，每個副本在記憶體中獨立執行

#程序是資源使用的分配單位，程序存在宣告週期

#PID：程序的唯一標號

程序建立過程： #程序的父子關係：寫實複製
1. 作業系統啟動的時候有個總程序(系統的第一個程序)：centos6--init  centos7及以上--systemd

2. 後續的所有程序都是總程序生成的，一次推類，構成一個樹狀結構，c語言使用fork（）函數建立子程序

#父程序建立子程序的過程：
父程序在記憶體中佔有一片空間，建立子程序的時候，此時子程序用的記憶體空間是父程序那一塊空間。當子程序產生資料更新以後，就會複製父程序的空間來作為自己獨立的空間。

執行緒

執行緒：程序是系統資源分配的單位。程序在處理資料的時候，通過執行緒來完成任務。

#程序相當於一個組織，執行緒就相當於這個組織裡面幹活的員工。程序和執行緒是包含關係，多個執行緒共用程序的空間。

#執行緒在執行的時候的執行順序由作業系統決定

#一顆CPU同時只能執行一件事，他將時間切成很小的時間片，不同的時間片做不同的任務，所以就感覺在同時做多件事情（實際上是輪流執行程式的）。

使用 pstree -p 可以看到系統中的程序和執行緒。#只有一個執行緒後面就不顯示了（後面沒有花括號）。

協程

協程：一個協程就相當於一個函數。

程序、執行緒、協程的區別：

1.執行緒是程式執行的最小單位，程序是作業系統分配資源的最小單位；

2.一個程序由一個或多個執行緒組成，執行緒是一個程序中程式碼的不同執行路線

3.程序之間相互獨立，但同一程序下的各個執行緒之間共用程式的記憶體空間

程序的結構

任務列表
PCB

任務列表

任務列表：作業系統允許執行多個程序，程序之間構成了一個程序列表（任務列表），所有程序都放在裡面的。

PCB

PCB：存放一個具體程序的全部資訊（包括程序編號、狀態、優先順序等），因為系統有多個程序，所以就存在多個PCB，每個PCB之間通過指標變數關聯

頁（Page）

頁：程序記憶體資源的分配的最小單位，類似於檔案系統的block，頁的預設大小也是4k

虛擬地址和實體地址

虛擬地址
實體地址

虛擬地址

虛擬地址：存放相對地址，位置是變化的。不是固定的。

應用程式看到的是虛擬地址

實體地址

實體地址：具體的一個固定地址

MMU

MMU：記憶體管理單元(cpu中的硬體晶片)，把虛擬地址轉換成實體地址。

程序存取某個資料的時候，先把請求傳送給作業系統，作業系統再交給cpu，cpu計算為實體地址，然後才能得到真正的資料。

tlb

tlb：快取虛擬地址和實體地址的區域

記憶體的分配空間

使用者空間：程序虛擬記憶體空間
核心空間：作業系統使用的

每個程序都包括5種不同的資料段

程式碼段
資料段
BSS段
棧
堆

程式碼段：存放可執行檔案的操作指令

資料段：存放初始化了的全域性變數

BSS段:存放未初始化的全域性變數 #Block Started by Symbol」的縮寫,意為「以符號開始的塊

棧：存放臨時變數（比如函數裡面使用的變數） #先進後出  佇列就是先進先出

堆:存放陣列、物件

程序使用記憶體問題

記憶體漏失
記憶體溢位

記憶體洩露： Memory Leak，分配的空間不釋放，一直佔用著

記憶體溢位：Memory Overflow，程式申請的空間不夠用。

記憶體不足：OOM，記憶體不夠用（java中的一種提示）

程序執行的狀態

建立
就緒：
執行
終止
阻塞

使用 ps aux 可以看到程序的狀態

程序更多的狀態：

執行態：running #正在執行

就緒態：ready

睡眠態：程序不幹活了，可中斷：interruptable，不可中斷（不能人為打斷）：uninterruptable

停止態：stopped，程序處於暫停的狀態

僵死態：zombie，殭屍態，結束程序，父程序結束前，子程序不關閉，殺死父程序可以關閉僵死

態的子程序（這種程序不佔用空間）

#結束殭屍態的方法：把它的父程序殺死就沒了或者恢復父程序

LRU 演演算法

LRU：Least Recently Used 近期最少使用演演算法（喜新厭舊），用來實現記憶體的充分利用

IPC 程序之間的通訊

IPC: Inter Process Communication

通訊方法：

同主機
跨主機

同一主機上：

管道
通訊端
檔案對映
共用記憶體
訊號

管道：cmd1 | cmd2 （管道符的兩邊就開啟了兩個程序），單工通訊 # | 這屬於匿名管道

#命名管道：建立一個管道（pipe）檔案，用來實現兩個程序之間的通訊。 A--->管道檔案--->B
#建立管道檔案的命令：mkfifo（fifo：先進先出） 
#格式： mkfifo pipe_name


通訊端：程序之間雙向通訊
#檢視通訊端的方法：find / -type s -ls

檔案對映：檔案的資料對映到記憶體的一塊空間中，多個程序共用這塊記憶體空間

共用記憶體：直接在記憶體中分配一塊空間，這塊空間大家都能使用。

訊號：trap -l 可以檢視。發個訊號程序收到以後就會按照指定的功能來進行操作。

跨主機通訊：

socket：socket就是ip加上埠號。ip地址確定了裝置在網路中的位置。埠號確定了裝置上了具體應用程式。（使用tcp、udp協定都會分配要給與眾不同的獨有埠）

範例

範例：利用管道檔案實現 IPC

mkfifo /data/test.fifo #建立一個管道檔案

ll /data/test.fifo #使用ll檢視管道的資訊，發現它的大小是0位元組，

cat > /data/test.fifo #輸入123456
#在管道檔案裡面寫入資料以後，不會自動退出，且此時檔案的大小依然是0，以為這個管道檔案是在記憶體裡面的，不是在磁碟裡面。

#在另一個終端可以從檔案中讀取資料
cat /data/test.fifo  #會讀取到123456

程序的優先順序

系統優先順序範圍：0-139

0-9：實時優先順序（一些特殊的系統程序）

100-139：非實時優先順序（大部分程序使用的都是這個範圍）

#數位越小，優先順序越高。

CentOS優先順序：

nice數位範圍：-20 -- +19  --對應系統優先順序的100-139。 一般程序啟動以後，優先順序使用nice優先順序的0

top顯示的優先順序是0-39,對應系統優先順序的100-139

設定和調整程序優先順序

程序分類

作業系統分類：

共同作業式多工：
搶佔式多工：

共同作業式多工：一個任務得到cpu後，只有它主動放棄cpu，其他程序才能使用

搶佔式多工：CPU的控制權由作業系統控制（由作業系統分配cpu資源）

程序型別

守護行程
前臺程序

守護行程：daemon，計算機啟動以後就自動執行，就和終端沒關係了。

前臺程序：跟終端相關，通過終端啟動的程序

程序管理工具

pstree工具：

可以顯示程序之間的父子關係

#格式：
pstree [選項] [pid|user]  #可以檢視指定的程序資訊，也可以檢視所有的程序關係

#選項：
-p：顯示pid

-T：不顯示執行緒

ps工具：

作用：實現程序資訊的檢視，預設顯示當前終端中的程序（顯示的是當前瞬間的狀態）

#ps預設顯示的是當前終端中使用者執行的程序列表。
Linux系統各程序的相關資訊均儲存在/proc/PID目錄下的各檔案中

#格式：
ps [選項]

#三種選項風格：
UNIX選項 如: -A -e  #單個字母

GNU選項 如: --help  #完整單詞

BSD選項 如: a  #只需要一個字母

#常用選項：

a 選項包括所有終端中的程序
u 顯示每個程序是以誰的身份執行等資訊
x 顯示和終端有關或無關的程序（和終端無端：隨計算機啟動就啟動了）
o 屬性… 顯示指定的屬性列 pid、cmd、%cpu、%mem

-e 顯示所有程序，相當於-A
-f 顯示完整格式程式資訊
-p pid 顯示指pid的程序
-t ttylist 指定tty,相當於 t

ps命令的輸出資訊：

C :  ps -ef 顯示列 C 表示cpu利用率

VSZ: 作業系統承諾給程序的空間（虛擬記憶體佔用空間）

RSS: 作業系統實際給程序的空間（實際記憶體佔用空間）

TTY：所在的終端，如果是？號表示和終端無關

STAT：程序狀態
 R：running #正在執行中的
 S: interruptable sleeping #可中斷的睡眠
 D: uninterruptable sleeping #不可中斷睡覺
 T: stopped  #停止
 Z: zombie   #殭屍
 +: 前臺程序
 l: 多執行緒程序
 L：記憶體分頁並帶鎖
 N：低優先順序程序
 <: 高優先順序程序
 s: session leader，對談（子程序）發起者
 I：Idle kernel thread，CentOS 8 新特性

 ni: nice優先順序，nice值 #範圍-20 --- 19 對應：100-139

 pri: priority 系統優先順序數位 #數位越大，優先順序越高

 rtprio: 實時優先順序 #對應系統0-99

 psr: processor 顯示程序和cpu之間的繫結關係 #程序在那顆cpu上執行

範例

#ps -ef  #unix風格
#ps aux #bsd風格
這個風格的選項顯示的資訊沒有aux顯示的要全


##檢視程序的特定屬性
例如：#ps axo pid,cmd,%mem,%cpu

#找到未知程序的執行程式檔案路徑
#ps命令顯示的只是pid和程式的名稱，沒有顯示程式的檔案路徑
ls -l /proc/1272/exe   #1272表示程序的pid  exe是一個軟連線，指向程式的路徑

#範例：檢視優先順序和CPU繫結關係
#ps axo pid,cmd,psr |grep 程序名

prtstat工具：

檢視程序的資訊

#格式
prtstat [選項] pid
例如：#prtstat 1026

[root@Centos8 ~]# prtstat 1026
Process: sshd          		State: S (sleeping)
  CPU#:  1  		TTY: 0:0	Threads: 1
Process, Group and Session IDs
  Process ID: 1026		  Parent ID: 1
    Group ID: 1026		 Session ID: 1026
  T Group ID: -1

Page Faults
  This Process    (minor major):      718         8
  Child Processes (minor major):    80458        11
CPU Times
  This Process    (user system guest blkio):   0.05   0.06   0.00   0.00
  Child processes (user system guest):        93.69  11.96   0.00
Memory
  Vsize:       94 MB
  RSS:         7856 kB    		 RSS Limit: 18446744073709 MB
  Code Start:  0x56188adb7000		 Code Stop:  0x56188ae83f38
  Stack Start: 0x7fffde7c3120
  Stack Pointer (ESP):          0	 Inst Pointer (EIP):          0
Scheduling
  Policy: normal
  Nice:   0 		 RT Priority: 0 (non RT)

檢視某個程序的方法

- ps 選項 | grep 'pattern' #查詢某個程序

- /sbin/pidof 按確切的程式名稱檢視pid

- pgrep工具

pgrep

專門的程序過濾工具

命令格式：
pgrep [options] pattern

# 選項：
-u uid: effective user，程序所有者

-U uid: real user，真正發起執行命令者

-t terminal: 與指定終端相關的程序

-l: 指定程序名 #根據程序名顯示程序資訊

-a: 顯示完整格式的程序名

-P pid: 顯示指定程序的子程序

pidof

知道程式名，用來獲取程序pid。

格式：pidof process _name

#選項：
-x： 查詢指令碼的程序id #指令碼必須shebang機制開頭，以bash的方式來執行找不到，需要加許可權來執行才找得到

uptime

系統負載資訊查詢

#和w命令、top命令最上面顯示的資訊也是一樣的。

#顯示資訊
當前時間

系統已啟動的時間

當前上線人數

系統平均負載（1、5、15分鐘的平均負載，一般不會超過1，超過5時建議警報）

實時程序的檢視：

htop工具
top工具

top工具

動態實時檢視程序資訊

#選項：
-d # 指定重新整理時間間隔，預設為3秒
-b 全部顯示所有程序
-n # 重新整理多少次後退出
-H   執行緒模式

#top命令顯示的資訊
us：使用者空間
sy：核心空間
ni：調整nice時間
id：空閒
wa：等待IO時間
hi：硬中斷
si：軟中斷（模式切換）
st：虛擬機器器偷走的時間

htop工具

top工具的增強版。

#選項；
-d #: 指定延遲時間；
-u UserName: 僅顯示指定使用者的程序
-s COLUME: 以指定欄位進行排序
#子命令
s：跟蹤選定程序的系統呼叫
l：顯示選定程序開啟的檔案列表
a：將選定的程序繫結至某指定CPU核心
t：顯示程序樹

CPU相關資訊顯示：mpstat工具

來源：sysstat包

顯示資訊說明：
CPU：
%usr：使用者空間佔用時間
%nice：nice優先順序
%sys：系統核心佔用時間
%iowait：io等待
%irq：中斷	
%soft：軟中斷
%steal：被虛擬機器器執行佔用的時間
%guest：和虛擬化有關的
%gnice：虛擬機器器調整優先順序
%idle：空閒的時間


 PID（程序id）
 USER（程序發起者）
 PR（top裡面的優先順序）
 NI(nice優先順序)
 VIRT（虛擬記憶體空間）
 RES（實際記憶體佔用空間）
 SHR（共用記憶體佔用空間）
 S（程序狀態）
 %CPU（cpu利用率）
 %MEM（記憶體）
 TIME+（總的執行時間）
 COMMAND（對應的命令）

記憶體相關資訊檢視

free 可以顯示記憶體空間使用狀態

選項：
-b 以位元組為單位

-m 以MB為單位

-g 以GB為單位

-h 易讀格式

-o 不顯示-/+buffers/cache行

-t   顯示RAM + swap的總和

-s n 重新整理間隔為n秒

-c n 重新整理n次後即退出

快取的清理方法

向/proc/sys/vm/drop_caches中寫入相應的修改值，會清除快取
執行echo 
1、2、3 至 /proc/sys/vm/drop_caches, 達到不同的清理目的

檢視程序開啟檔案 lsof

lsof：list open files,列出正在開啟的檔案。

#選項：
-a：列出開啟檔案存在的程序
-c<程序名>：列出指定程序所開啟的檔案
-g：列出GID號程序詳情
-d<檔案號>：列出佔用該檔案號的程序
+d<目錄>：列出目錄下被開啟的檔案
+D<目錄>：遞迴列出目錄下被開啟的檔案
-n<目錄>：列出使用NFS的檔案
-i<條件>：列出符合條件的程序(4、6、協定、:埠、 @ip )
-p<程序號>：列出指定程序號所開啟的檔案
-u：列出UID號程序詳情
-h：顯示幫助資訊
-v：顯示版本資訊。
-n: 不反向解析網路名字

範例

檢視某個埠是那個程序在使用

#檢視所有正在開啟的檔案：
lsof 

#找回被誤刪除的檔案  前提是這個檔案有人在存取
1. lsof | grep delete #過濾出被刪除的檔案，找到正在存取這個檔案的程序編號

2. ll /proc/pid/fd #fd:檔案描述符

3. cat /proc/pid/fd/檔案描述符 > 匯出為新檔案

訊號的管理

kill工具

用來向程序傳送控制訊號，以實現對程序管理,每個訊號對應一個數位，訊號名稱以
SIG開頭（可省略），不區分大小寫

#顯示當前可用的訊號：
trap -l

kill -l

#常用訊號：
1) SIGHUP 無須關閉程序而重新載入組態檔

2) SIGINT 中止正在執行的程序；相當於Ctrl+c 

3) SIGQUIT 相當於ctrl+\ #退出程序

9) SIGKILL 強行關閉某個程序,可能會導致資料丟失（相當於按電源關機）

15) SIGTERM  正常關閉某個程序，預設訊號

18) SIGCONT 繼續執行

19) SIGSTOP 後臺休眠

#訊號的描述方法
數位法：1, 2, 9

全稱：SIGHUP，sighup

簡稱 去掉開頭的SIG，HUP，hup

#向程序傳送訊號
通過pid的方式：
kill [-s sigspec | -n signum | -sigspec] pid
#-s sigspec:指定完整的訊號名
#-n signum：訊號的數位表示法
#-sigspec：訊號的簡寫方法

#根據程式名傳送訊號
killall 程式名稱

#0訊號
訊號為0，沒有傳送任何訊號，僅僅檢查程序是否正常工作。
格式： killall -0 程式名

例如：
[root@centos8 ~]#killall -0 ping
[root@centos8 ~]#echo $?
0

作業管理

前臺管理
後臺管理

前臺執行管理：

前臺：依賴一個終端，在某個終端執行，啟動以後就佔用這個終端，在這個終端裡面就不能做其他的操作了
例如: ping 127.0.0.1

後臺執行管理

後代：不佔用終端資源，在程序執行的時候加一個&符號

例如：ping 127.0.0.1 &

前後臺執行的切換

預設大多數命令是前臺執行，前後臺是可以切換的。

CTRL+C就是給前臺執行的程式傳送終止訊號，快捷鍵支隊前臺執行的生效。對後臺執行的程式無效。需要使用kill命令來傳送訊號

前--後臺切換方法：

CTRL+Z快捷鍵 --- 把前臺程式放到後臺（放到後臺以後程式就不執行了），通過bg 作業編號 --把後臺停止的作業恢復成後臺執行態
作業編號的查詢：jobs命令
或者 kill -18 %作業編號

後臺執行-->後臺停止:

傳送19訊號： kill -19 %作業編號作業編號：jobs命令

後--前切換方法；

fg 作業編號

後臺執行的作用：

前臺執行都是按照循序執行的，後臺執行可以實現並行執行

後臺執行的任務在終端關閉以後也會隨之關閉。

實現視窗關閉還繼續執行的方法；

方法一：screen命令
程式執行之前開啟screen：格式：screen
然後再輸入要執行的命令

方法二：nohup命令
格式：nohhup 要執行的程式 -- 會有輸出的資訊

並行執行的實現：

並行執行：讓多個程序同時執行

方法一：把他們都放到後臺去執行

方法二：(f1.sh&);(f2.sh&);(f3.sh&) --小括號括起來，分號隔開

方法三：f1.sh&f2.sh&f3.sh&

範例：掃描ip地址

net=10.0.0
for i in {1..254};do
   { 
    if ping -c1 -W1 $net.$i &> /dev/null;then
        echo $net.$i is up
    else
        echo $net.$i is down
    fi
   }&  #若裡面有多個命令，就用花括號就是把它作為一個整體 
done
wait  #後臺執行的程序結束之後，主動退出