进程管理

荒流2019年11月2日大约 14 分钟约 4212 字

1. 关于进程

Linux 系统管理的要点在于定义究竟什么程度才算是高负载。

在 LINUX 系统中，有 5 种常见的进程状态，分别为运行、中断、不可中断、僵死、停止，其各自的含义如下：

R（运行）——进程正在运行或在运行队列中等待
S（中断）——进程处于休眠中，当某个条件形成后或者接收到信号时，则脱离该状态
D（不可中断）——进程不响应系统异步信号，即使用 kill 命令也不能将其中断
Z（僵死）——进程已经终止，但进程描述符依然存在，直到父进程调用 wait4()系统函数后将进程释放
T（停止）——进程收到停止信号后停止运行

进程通常拥有这样一些信息：

编码	信息
UID	启动这些进程的用户
PID	进程 ID（每个进程的 PID 是唯一的）
PPID	父进程的 PID
STIME	进程启动时的系统时间
TTY	进程启动时的终端设备
TIME	运行进程需要的累计 CPU 时间
CMD	启动的程序名称
PRI	进程的优先级
ADDR	进程的内存地址
C	进程生命周期中的 CPU 利用率
S	进程的状态

如果我们在系统终端中执行一个命令后想立即停止它，可以同时按下 $Ctrl+C$ 组合键，这将立即终止该命令的进程。

在执行命令时在末尾添加一个&符号，可使得命令进入系统后台来执行。

2. 常用命令

ps

ps 命令好比监测进程工具中的瑞士军刀，它能输出运行的系统上的所有程序的许多信息，然而 ps 命令极其复杂，拥有众多参数，在实际中大多数 LINUX 管理员都习惯有自己的一组固定参数。

Linux 系统中使用的 GNU ps 命令支持 3 种不同类型的命令行参数：

Unix 风格的参数，前面加单破折线
BSD 风格的参数，前面不加破折线
GNU 风格的长参数，前面加双破折线

ps：查看系统中进程状态，ps <option>：

参数	作用
`-a`	显示除 session leader 和无终端进程外的所有进程
`-e`	显示所有进程
`-f`	显示完整格式的输出
`-U`	显示属主的用户 ID 在 userlist 中的进程
`-x`	显示没有控制终端的进程
`--forest`	GNU 长参数中一个令人喜爱的功能，显示进程的层级信息

top

top：动态地监视进程活动与系统负载等信息。top 命令非常强大，可将它看作 Linux 中的"强化版的 Windows 任务管理器"。

top 命令的输出中将进程叫做任务(task)。
top 命令默认会按照 %CPU 值对进程进行排序。
top 命令中的平均负载有 3 个值：最近 1 分钟的、最近 5 分钟的、最近 15 分钟的平均负载。值越大说明系统的负载越高。由于进程短期的突发性活动，出现最近 1 分钟的高负载值很常见，但如果近 15 分钟内的平均负载都很高，就说明系统可能有问题。

# 动态监视某些进程
top -p PID_1, PID_2, …, PID_n

pidof, kill, killall, pkill

命令	语法	说明
`pidof`	`pidof <option> process_name`	查询某个服务进程的 PID
`kill`	`kill <option> PID`	通过 PID 给进程发送信号以将其终止
`killall`	`killall <option> process_name`	终止某个指定名称的服务所对应的全部进程
`pkill`	`pkill <options> process_name`	类似于`killall`，根据名称杀死进程

kill 命令在发送进程信号时，用户必须是进程的属主或root用户。

killall/pkill 中的进程名支持通配符操作，如killall http*结合了所有以 http 开头的进程。

sleep

sleep 命令让当前进程开启休眠模式，其语法为 sleep second<&>，即让进程睡眠 second 秒，过后才回到 CLI 提示符。

当然，若末尾加上&，则意味着开启了后台模式。把sleep命令置入后台模式可以让我们利用ps命令来小窥一番：

$ sleep 3000&
[1] 2396
$ ps -f
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
christi+ 2338 2337 0 10:13 pts/9 00:00:00 -bash
christi+ 2396 2338 0 10:17 pts/9 00:00:00 sleep 3000
christi+ 2397 2338 0 10:17 pts/9 00:00:00 ps -f
$

sleep命令会在后台（&）睡眠3000秒（50分钟）。当它被置入后台，在shell CLI提示符返回之前，会出现两条信息：

显示在方括号中的后台作业（background job）号（1）
后台作业的进程ID（2396）

&, jobs

&：后台模式，命令末尾加上&让进程进入后台模式

jobs：显示所有用户在后台中运行的进程，jobs <option>

参数	功能
-l	显示更多信息

uptime

uptime：查看系统的负载信息。

平均负载指的是系统在最近 1 分钟、5 分钟、15 分钟内的压力情况

free

free：显示当前系统中内存的使用量信息，free <-h>

3. systemd 命令

参考 Systemd 入门教程：命令篇 - 阮一峰的网络日志 (ruanyifeng.com) 。

Systemd 是 Linux 系统工具，用来启动守护进程，已成为大多数发行版的标准配置。Systemd 并不是一个命令，而是一组命令，涉及到系统管理的方方面面。

3.1 缘起

历史上，Linux 的启动一直采用init进程，下面的命令用来启动服务。

$ sudo /etc/init.d/apache2 start
# 或者
$ service apache2 start

这种方法有两个缺点：

一是启动时间长。init进程是串行启动，只有前一个进程启动完，才会启动下一个进程。
二是启动脚本复杂。init进程只是执行启动脚本，不管其他事情。脚本需要自己处理各种情况，这往往使得脚本变得很长。

Systemd 就是为了解决这些问题而诞生的。它的设计目标是，为系统的启动和管理提供一套完整的解决方案。根据 Linux 惯例，字母d是守护进程（daemon）的缩写。 Systemd 这个名字的含义，就是它要守护整个系统。

使用了 Systemd，就不需要再用init了。Systemd 取代了initd，成为系统的第一个进程（PID 等于 1），其他进程都是它的子进程。

Systemd 的优点是功能强大，使用方便，缺点是体系庞大，非常复杂。事实上，现在还有很多人反对使用 Systemd，理由就是它过于复杂，与操作系统的其他部分强耦合，违反"keep simple, keep stupid"的Unix 哲学。
Systemd 架构图：
img

3.2 系统管理

3.2.1 systemctl

systemctl是 Systemd 的主命令，用于管理系统。

# 重启系统
$ sudo systemctl reboot

# 关闭系统，切断电源
$ sudo systemctl poweroff

# CPU停止工作
$ sudo systemctl halt

# 暂停系统
$ sudo systemctl suspend

# 让系统进入冬眠状态
$ sudo systemctl hibernate

# 让系统进入交互式休眠状态
$ sudo systemctl hybrid-sleep

# 启动进入救援状态（单用户状态）
$ sudo systemctl rescue

systemctl管理服务（以httpd为例）：

# 启动服务
$ sudo systemctl start httpd

# 查看服务的状态
$ sudo systemctl status httpd

# 停止服务
$ sudo systemctl stop httpd.service

# 有时候，停止服务的命令可能没有响应，服务停不下来。这时候就不得不"杀进程"了，向正在运行的进程发出kill信号
$ sudo systemctl kill httpd.service

# 重启服务要执行systemctl restart命令
$ sudo systemctl restart httpd.service

# 重新加载配置文件
$ sudo systemctl daemon-reload

# 设置开机自启
$ sudo systemctl enable httpd

执行启动命令以后，有可能启动失败，因此要用systemctl status命令查看一下该服务的状态。

$ sudo systemctl status httpd

httpd.service - The Apache HTTP Server
   Loaded: loaded (/usr/lib/systemd/system/httpd.service; enabled)
   Active: active (running) since 金 2014-12-05 12:18:22 JST; 7min ago
 Main PID: 4349 (httpd)
   Status: "Total requests: 1; Current requests/sec: 0; Current traffic:   0 B/sec"
   CGroup: /system.slice/httpd.service
           ├─4349 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─4350 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─4351 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─4352 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           ├─4353 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND
           └─4354 /usr/sbin/httpd -DFOREGROUND

12月 05 12:18:22 localhost.localdomain systemd[1]: Starting The Apache HTTP Server...
12月 05 12:18:22 localhost.localdomain systemd[1]: Started The Apache HTTP Server.
12月 05 12:22:40 localhost.localdomain systemd[1]: Started The Apache HTTP Server.

上面的输出结果含义如下。

Loaded行：配置文件的位置，是否设为开机启动
Active行：表示正在运行
Main PID行：主进程ID
Status行：由应用本身（这里是 httpd ）提供的软件当前状态
CGroup块：应用的所有子进程
日志块：应用的日志

对于那些支持 Systemd 的软件，安装的时候，会自动在/usr/lib/systemd/system目录添加一个配置文件。
如果你想让该软件开机启动，就执行下面的命令（以httpd.service为例）。
$ sudo systemctl enable httpd
上面的命令相当于在/etc/systemd/system目录添加一个符号链接，指向/usr/lib/systemd/system里面的httpd.service文件。
这是因为开机时，Systemd只执行/etc/systemd/system目录里面的配置文件。这也意味着，如果把修改后的配置文件放在该目录，就可以达到覆盖原始配置的效果。

3.2.2 systemd-analyze

systemd-analyze命令用于查看启动耗时。

# 查看启动耗时
$ systemd-analyze                                                                                       
# 查看每个服务的启动耗时
$ systemd-analyze blame

# 显示瀑布状的启动过程流
$ systemd-analyze critical-chain

# 显示指定服务的启动流
$ systemd-analyze critical-chain atd.service

3.2.3 hostnamectl

hostnamectl命令用于查看当前主机的信息。

# 显示当前主机的信息
$ hostnamectl

# 设置主机名。
$ sudo hostnamectl set-hostname rhel7

3.2.4 localectl

localectl命令用于查看本地化设置。

# 查看本地化设置
$ localectl

# 设置本地化参数。
$ sudo localectl set-locale LANG=en_GB.utf8
$ sudo localectl set-keymap en_GB

3.2.5 timedatectl

timedatectl命令用于查看当前时区设置。

# 查看当前时区设置
$ timedatectl

# 显示所有可用的时区
$ timedatectl list-timezones           

# 设置当前时区
$ sudo timedatectl set-timezone America/New_York
$ sudo timedatectl set-time YYYY-MM-DD
$ sudo timedatectl set-time HH:MM:SS

3.2.6 loginctl

loginctl命令用于查看当前登录的用户。

# 列出当前session
$ loginctl list-sessions

# 列出当前登录用户
$ loginctl list-users

# 列出显示指定用户的信息
$ loginctl show-user ruanyf

3.3 Unit

Systemd 可以管理所有系统资源。不同的资源统称为 Unit（单位）。

Unit 一共分成12种。

Service unit：系统服务
Target unit：多个 Unit 构成的一个组
Device Unit：硬件设备
Mount Unit：文件系统的挂载点
Automount Unit：自动挂载点
Path Unit：文件或路径
Scope Unit：不是由 Systemd 启动的外部进程
Slice Unit：进程组
Snapshot Unit：Systemd 快照，可以切回某个快照
Socket Unit：进程间通信的 socket
Swap Unit：swap 文件
Timer Unit：定时器

......暂略。

4. GPU

NVIDIA 相关：

命令	作用
`lspci \| grep -i nvidia`	查询所有 nvidia 显卡
`lspci -v -s <显卡编号>`	查看显卡具体属性
`nvidia-smi`	查看显卡的显存利用率
`cat /proc/driver/nvidia/version sudo dpkg --list \| grep nvidia-\*`	查看显卡驱动版本
`cat /usr/local/cuda/version.txt nvcc -v`	查看 cuda 版本

5. 守护进程

除了下文的专用工具以外，Linux系统有自己的守护进程管理工具 Systemd 。它是操作系统的一部分，直接与内核交互，性能出色，功能极其强大。我们完全可以将程序交给 Systemd ，让系统统一管理，成为真正意义上的系统服务。

5.1 缘起

Web应用写好后，下一件事就是启动，让它一直在后台运行。这并不容易。举例来说，下面是一个最简单的Node应用server.js，只有6行：

var http = require('http');

http.createServer(function(req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World');
}).listen(5000);

你在命令行下启动它：

$ node server.js

看上去一切正常，所有人都能快乐地访问 5000 端口了。但是，一旦你退出命令行窗口，这个应用就一起退出了，无法访问了。

怎么才能让它变成系统的守护进程（daemon）、成为一种服务（service），一直在那里运行呢？

5.2 前台任务与后台任务

上面这样启动的脚本，称为前台任务（foreground job），它会独占命令行窗口，只有运行完了或者手动中止，才能执行其他命令。

变成守护进程的第一步，就是把它改成后台任务（background job）。

$ node server.js &

只要在命令的尾部加上符号&，启动的进程就会成为"后台任务"。如果要让正在运行的"前台任务"变为"后台任务"，可以先按ctrl + z，然后执行bg命令（让最近一个暂停的"后台任务"继续执行）。

"后台任务"有两个特点：

继承当前 session （对话）的标准输出（stdout）和标准错误（stderr）。因此，后台任务的所有输出依然会同步地在命令行下显示。
不再继承当前 session 的标准输入（stdin）。你无法向这个任务输入指令了。如果它试图读取标准输入，就会暂停执行（halt）。

可以看到，"后台任务"与"前台任务"的本质区别只有一个：是否继承标准输入。所以，执行后台任务的同时，用户还可以输入其他命令。

5.3 SIGHUP信号

变为"后台任务"后，一个进程是否就成为了守护进程呢？或者说，用户退出 session 以后，"后台任务"是否还会继续执行？

Linux系统是这样设计的：

用户准备退出 session
系统向该 session 发出SIGHUP信号
session 将SIGHUP信号发给所有子进程
子进程收到SIGHUP信号后，自动退出

上面的流程解释了，为什么"前台任务"会随着 session 的退出而退出：因为它收到了SIGHUP信号。那么，"后台任务"是否也会收到SIGHUP信号？

这由 Shell 的huponexit参数决定的：

$ shopt | grep huponexit

执行上面的命令，就会看到huponexit参数的值。大多数Linux系统，这个参数默认关闭（off）。因此，session 退出的时候，不会把SIGHUP信号发给"后台任务"。所以，一般来说，"后台任务"不会随着 session 一起退出。

5.4 disown 与 nohup

disown命令

通过"后台任务"启动"守护进程"并不保险，因为有的系统的huponexit参数可能是打开的（on）。

更保险的方法是使用disown命令。它可以将指定任务从"后台任务"列表（jobs命令的返回结果）之中移除。一个"后台任务"只要不在这个列表之中，session 就肯定不会向它发出SIGHUP信号。

$ node server.js &
$ disown

执行上面的命令以后，server.js进程就被移出了"后台任务"列表。你可以执行jobs命令验证，输出结果里面，不会有这个进程。

disown的用法如下：

# 移出最近一个正在执行的后台任务
$ disown

# 移出所有正在执行的后台任务
$ disown -r

# 移出所有后台任务
$ disown -a

# 不移出后台任务，但是让它们不会收到SIGHUP信号
$ disown -h

# 根据jobId，移出指定的后台任务
$ disown %2
$ disown -h %2

disown 与标准 IO

使用disown命令之后，还有一个问题。那就是，退出 session 以后，如果后台进程与标准I/O有交互，它还是会挂掉。

还是以上面的脚本为例，现在加入一行：

var http = require('http');

http.createServer(function(req, res) {
  console.log('server starts...'); // 加入此行
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World');
}).listen(5000);

启动上面的脚本，然后再执行disown命令：

$ node server.js &
$ disown

接着，你退出 session，访问5000端口，就会发现连不上。

这是因为"后台任务"的标准 I/O 继承自当前 session，disown命令并没有改变这一点。一旦"后台任务"读写标准 I/O，就会发现它已经不存在了，所以就报错终止执行。

为了解决这个问题，需要对"后台任务"的标准 I/O 进行重定向：

$ node server.js > stdout.txt 2> stderr.txt < /dev/null &
$ disown

nohup 命令

还有比disown更方便的命令，就是nohup。

$ nohup node server.js &

nohup命令对server.js进程做了三件事。

阻止SIGHUP信号发到这个进程。
关闭标准输入。该进程不再能够接收任何输入，即使运行在前台。
重定向标准输出和标准错误到文件nohup.out。

也就是说，nohup命令实际上将子进程与它所在的 session 分离了。

注意，nohup命令不会自动把进程变为"后台任务"，所以必须加上&符号。

5.5 Screen 命令与 Tmux 命令

另一种思路是使用 terminal multiplexer （终端复用器：在同一个终端里面，管理多个session），典型的就是 Screen 命令和 Tmux 命令。

暂略。

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