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进程


通常,现在的操作系统都支持多任务,意味着操作系统(给用户)造成了一种假象,(让用户觉得) 它同时能够做多件事情,事实上,它是快速地轮换执行这些任务的。Linux 内核通过使用进程,来 管理多任务。通过进程,Linux 安排不同的程序等待使用 CPU。

有时候,计算机变得呆滞,运行缓慢,或者一个应用程序停止响应。在这一章中,我们将看一些 可用的命令行工具,这些工具帮助我们查看程序的执行状态,以及怎样终止行为不当的进程。

这一章将介绍以下命令:

  • ps – 报告当前进程快照

  • top – 显示任务

  • jobs – 列出活跃的任务

  • bg – 把一个任务放到后台执行

  • fg – 把一个任务放到前台执行

  • kill – 给一个进程发送信号

  • killall – 杀死指定名字的进程

  • shutdown – 关机或重启系统

进程是怎样工作的

当系统启动的时候,内核先把一些它自己的程序初始化为进程,然后运行一个叫做 init 的程序。init, 依次地,再运行一系列的称为 init 脚本的 shell 脚本(位于/etc),它们可以启动所有的系统服务。 其中许多系统服务以守护(daemon)程序的形式实现,守护程序仅在后台运行,没有任何用户接口。 这样,即使我们没有登录系统,至少系统也在忙于执行一些例行事务。

一个程序可以发动另一个程序,这个事实在进程方案中,表述为一个父进程创建了一个子进程。

内核维护每个进程的信息,以此来保持事情有序。例如,系统分配给每个进程一个数字,这个数字叫做 进程 ID 或 PID。PID 号按升序分配,init 进程的 PID 总是1。内核也对分配给每个进程的内存进行跟踪。 像文件一样,进程也有所有者和用户 ID,有效用户 ID,等等。

查看进程

查看进程,最常使用地命令(有几个命令)是 ps。ps 程序有许多选项,它最简单地使用形式是这样的:

[me@linuxbox ~]$ ps

PID TTY           TIME CMD

5198 pts/1    00:00:00 bash

10129 pts/1   00:00:00 ps

上例中,列出了两个进程,进程 5198 和进程 10129,各自代表命令 bash 和 ps。正如我们所看到的, 默认情况下,ps 不会显示很多进程信息,只是列出与当前终端会话相关的进程。为了得到更多信息, 我们需要加上一些选项,但是在这样做之前,我们先看一下 ps 命令运行结果的其它字段。 TTY 是 “Teletype” 的简写,是指进程的控制终端。这里,Unix 展示它的年龄。TIME 字段表示 进程所消耗的 CPU 时间数量。正如我们所看到的,这两个进程使计算机工作起来很轻松。

如果给 ps 命令加上选项,我们可以得到更多关于系统运行状态的信息:

[me@linuxbox ~]$ ps x

PID TTY   STAT   TIME COMMAND

2799 ?    Ssl    0:00 /usr/libexec/bonobo-activation-server –ac

2820 ?    Sl     0:01 /usr/libexec/evolution-data-server-1.10 --



and many more...

加上 “x” 选项(注意没有开头的 “-“ 字符),告诉 ps 命令,展示所有进程,不管它们由什么 终端(如果有的话)控制。在 TTY 一栏中出现的 “?” ,表示没有控制终端。使用这个 “x” 选项,可以 看到我们所拥有的每个进程的信息。

因为系统中正运行着许多进程,所以 ps 命令的输出结果很长。这经常很有帮助,要是把 ps 的输出结果 管道到 less 命令,借助 less 工具,更容易浏览。一些选项组合也会产生很长的输出结果,所以最大化 终端仿真器窗口,也是一个好主意。

输出结果中,新添加了一栏,标题为 STAT 。STAT 是 “state” 的简写,它揭示了进程当前状态:

表11-1: 进程状态
状态 意义
R 运行。这意味着,进程正在运行或准备运行。
S 正在睡眠。 进程没有运行,而是,正在等待一个事件, 比如说,一个按键或者网络数据包。
D 不可中断睡眠。进程正在等待 I/O,比方说,一个磁盘驱动器的 I/O。
T 已停止. 已经指示进程停止运行。稍后介绍更多。
Z 一个死进程或“僵尸”进程。这是一个已经终止的子进程,但是它的父进程还没有清空它。 (父进程没有把子进程从进程表中删除)
< 一个高优先级进程。这可能会授予一个进程更多重要的资源,给它更多的 CPU 时间。 进程的这种属性叫做 niceness。具有高优先级的进程据说是不好的(less nice), 因为它占用了比较多的 CPU 时间,这样就给其它进程留下很少时间。
N 低优先级进程。 一个低优先级进程(一个“好”进程)只有当其它高优先级进程执行之后,才会得到处理器时间。

进程状态信息之后,可能还跟随其他的字符。这表示各种外来进程的特性。详细信息请看 ps 手册页。

另一个流行的选项组合是 “aux”(不带开头的”-“字符)。这会给我们更多信息:

[me@linuxbox ~]$ ps aux

USER   PID  %CPU  %MEM     VSZ    RSS  TTY   STAT   START   TIME  COMMAND

root     1   0.0   0.0    2136    644  ?     Ss     Mar05   0:31  init

root     2   0.0   0.0       0      0  ?     S&lt;     Mar05   0:00  [kt]



and many more...

这个选项组合,能够显示属于每个用户的进程信息。使用这个选项,可以唤醒 “BSD 风格” 的输出结果。 Linux 版本的 ps 命令,可以模拟几个不同 Unix 版本中的 ps 程序的行为。通过这些选项,我们得到 这些额外的列。

表11-2: BSD 风格的 ps 命令列标题
标题 意思
USER 用户 ID. 进程的所有者。
%CPU 以百分比表示的 CPU 使用率
%MEM 以百分比表示的内存使用率
VSZ 虚拟内存大小
RSS 进程占用的物理内存的大小,以千字节为单位。
START 进程运行的起始时间。若超过24小时,则用天表示。

用 top 命令动态查看进程

虽然 ps 命令能够展示许多计算机运行状态的信息,但是它只是提供,ps 命令执行时刻的机器状态快照。 为了看到更多动态的信息,我们使用 top 命令:

[me@linuxbox ~]$ top

top 程序连续显示系统进程更新的信息(默认情况下,每三分钟更新一次),”top”这个名字 来源于这个事实,top 程序是用来查看系统中“顶端”进程的。top 显示结果由两部分组成: 最上面是系统概要,下面是进程列表,以 CPU 的使用率排序。

top - 14:59:20 up 6:30, 2 users, load average: 0.07, 0.02, 0.00

Tasks: 109 total,   1 running,  106 sleeping,    0 stopped,    2 zombie

Cpu(s): 0.7%us, 1.0%sy, 0.0%ni, 98.3%id, 0.0%wa, 0.0%hi, 0.0%si

Mem:   319496k total,   314860k used,   4636k free,   19392k buff

Swap:  875500k total,   149128k used,   726372k free,  114676k cach



 PID  USER       PR   NI   VIRT   RES   SHR  S %CPU  %MEM   TIME+    COMMAND

6244  me         39   19  31752  3124  2188  S  6.3   1.0   16:24.42 trackerd

....

其中系统概要包含许多有用信息。下表是对系统概要的说明:

表11-3: top 命令信息字段
行号 字段 意义
1 top 程序名。
14:59:20 当前时间。
up 6:30 这是正常运行时间。它是计算机从上次启动到现在所运行的时间。 在这个例子里,系统已经运行了六个半小时。
2 users 有两个用户登录系统。
load average: 加载平均值是指,等待运行的进程数目,也就是说,处于运行状态的进程个数, 这些进程共享 CPU。展示了三个数值,每个数值对应不同的时间周期。第一个是最后60秒的平均值, 下一个是前5分钟的平均值,最后一个是前15分钟的平均值。若平均值低于1.0,则指示计算机 工作不忙碌。
2 Tasks: 总结了进程数目和各种进程状态。
3 Cpu(s): 这一行描述了 CPU 正在执行的进程的特性。
0.7%us 0.7% of the CPU is being used for user processes. 这意味着进程在内核之外。
1.0%sy 1.0%的 CPU 时间被用于系统(内核)进程。
0.0%ni 0.0%的 CPU 时间被用于"nice"(低优先级)进程。
98.3%id 98.3%的 CPU 时间是空闲的。
0.0%wa 0.0%的 CPU 时间来等待 I/O。
4 Mem: 展示物理内存的使用情况。
5 Swap: 展示交换分区(虚拟内存)的使用情况。

top 程序接受一系列从键盘输入的命令。两个最有趣的命令是 h 和 q。h,显示程序的帮助屏幕,q, 退出 top 程序。

两个主要的桌面环境都提供了图形化应用程序,来显示与 top 程序相似的信息 (和 Windows 中的任务管理器差别不多),但是我觉得 top 程序要好于图形化的版本, 因为它运行速度快,并且消费很少的系统资源。毕竟,我们的系统监测程序不能成为 系统怠工的源泉,而这是我们试图追踪的信息。

控制进程

现在我们可以看到和监测进程,然后得到一些对它们的控制权。为了我们的实验,我们将使用 一个叫做 xlogo 的小程序,作为我们的实验品。这个 xlogo 程序是 X 窗口系统 (底层引擎使图形界面显示在屏幕上)提供的实例程序,这个实例简单地显示一个大小可调的 包含 X 标志的窗口。首先,我们需要知道测试的主题:

[me@linuxbox ~]$ xlogo

命令执行之后,一个包含 X 标志的小窗口应该出现在屏幕的某个位置上。在一些系统中,xlogo 命令 会打印一条警告信息,但是不用理会它。

小贴士:如果你的系统不包含 xlogo 程序,试着用 gedit 或者 kwrite 来代替。

通过调整它的窗口大小,我们能够证明 xlogo 程序正在运行。如果这个标志以新的尺寸被重画, 则这个程序正在运行。

注意,为什么我们的 shell 提示符还没有返回?这是因为 shell 正在等待这个程序结束, 就像到目前为止我们用过的其它所有程序一样。如果我们关闭 xlogo 窗口,shell 提示符就返回了。

中断一个进程

我们再运行 xlogo 程序一次,观察一下发生了什么事。首先,执行 xlogo 命令,并且 证实这个程序正在运行。下一步,回到终端窗口,按下 Ctrl-c。

[me@linuxbox ~]$ xlogo

[me@linuxbox ~]$

在一个终端中,输入 Ctrl-c,中断一个程序。这意味着,我们礼貌地要求终止这个程序。 输入 Ctrl-c 之后,xlogo 窗口关闭,shell 提示符返回。

通过这个技巧,许多(但不是全部)命令行程序可以被中断。

把一个进程放置到后台(执行)

比方说,我们想让 shell 提示符返回,却没有终止 xlogo 程序。为达到这个目的,我们把 这个程序放到后台执行。把终端看作是一个有前台(表层放置可见的事物,像 shell 提示符) 和后台(表层之下放置隐藏的事物)(的设备)。启动一个程序,让它立即在后台 运行,我们在程序命令之后,加上”&”字符:

[me@linuxbox ~]$ xlogo &

[1] 28236

[me@linuxbox ~]$

执行命令之后,这个 xlogo 窗口出现,并且 shell 提示符返回,同时打印一些有趣的数字。 这条信息是 shell 特性的一部分,叫做工作控制。通过这条信息,shell 告诉我们,已经启动了 工作号为1(“[1]”),PID 为28236的程序。如果我们运行 ps 命令,可以看到我们的进程:

[me@linuxbox ~]$ ps

  PID TTY         TIME   CMD

10603 pts/1   00:00:00   bash

28236 pts/1   00:00:00   xlogo

28239 pts/1   00:00:00   ps

工作控制,这个 shell 功能可以列出从终端中启动的任务。执行 jobs 命令,我们可以看到这个输出列表:

[me@linuxbox ~]$ jobs

[1]+ Running            xlogo &

结果显示我们有一个任务,编号为“1”,它正在运行,并且这个任务的命令是 xlogo &。

进程返回到前台

一个在后台运行的进程对一切来自键盘的输入都免疫,也不能用 Ctrl-c 来中断它。使用 fg 命令,让一个进程返回前台执行:

[me@linuxbox ~]$ jobs

[1]+ Running        xlogo &

[me@linuxbox ~]$ fg %1

xlogo

fg 命令之后,跟随着一个百分号和工作序号(叫做 jobspec)。如果我们只有一个后台任务,那么 jobspec 是可有可无的。输入 Ctrl-c 来终止 xlogo 程序。

停止一个进程

有时候,我们想要停止一个进程,而没有终止它。这样会把一个前台进程移到后台等待。 输入 Ctrl-z,可以停止一个前台进程。让我们试一下。在命令提示符下,执行 xlogo 命令, 然后输入 Ctrl-z:

[me@linuxbox ~]$ xlogo

[1]+ Stopped                 xlogo

[me@linuxbox ~]$

停止 xlogo 程序之后,通过调整 xlogo 的窗口大小,我们可以证实这个程序已经停止了。 它看起来像死掉了一样。使用 fg 命令,可以恢复程序到前台运行,或者用 bg 命令把程序移到后台。

[me@linuxbox ~]$ bg %1

[1]+ xlogo &

[me@linuxbox ~]$

和 fg 命令一样,如果只有一个任务的话,jobspec 参数是可选的。

因为把一个进程从前台移到后台很方便,如果我们从命令行启动一个图形界面的程序,但是 忘记把它放到后台执行,即没有在命令后加上字符”&”,(也不用担心)。

为什么要从命令行启动一个图形界面程序呢?有两个原因。第一个,你想要启动的程序,可能 没有在窗口管理器的菜单中列出来(比方说 xlogo)。第二个,从命令行启动一个程序, 你能够看到一些错误信息,如果从窗口系统中运行程序的话,这些信息是不可见的。有时候, 一个程序不能从图形界面菜单中启动。这时候,应该从命令行中启动它。我们可能会看到 错误信息,这些信息揭示了问题所在。一些图形界面程序还有许多有意思并且有用的命令行选项。

Signals

kill 命令被用来“杀死”程序。这样我们就可以终止需要杀死的程序。这里有一个实例:

[me@linuxbox ~]$ xlogo &

[1] 28401

[me@linuxbox ~]$ kill 28401

[1]+ Terminated               xlogo

首先,我们在后台启动 xlogo 程序。shell 打印出 jobspec 和这个后台进程的 PID。下一步,我们使用 kill 命令,并且指定我们想要终止的进程 PID。也可以用 jobspec(例如,“%1”)来代替 PID。

虽然这个命令很直接了当,但不仅仅这些。这个 kill 命令不是确切地“杀死”程序,而是给程序 发送信号。信号是操作系统与程序之间进行通信,所采用的几种方式中的一种。我们已经看到 信号,在使用 Ctrl-c 和 Ctrl-z 的过程中。当终端接受了其中一个按键组合后,它会给在前端运行 的程序发送一个信号。在使用 Ctrl-c 的情况下,会发送一个叫做 INT(中断)的信号;当使用 Ctrl-z 时,则发送一个叫做 TSTP(终端停止)的信号。程序,反过来,倾听信号的到来,当程序 接到信号之后,则做出响应。一个程序能够倾听和响应信号,这个事实允许一个程序做些事情, 比如,当程序接到一个终止信号时,它可以保存所做的工作。

通过 kill 命令给进程发送信号

kill 命令被用来给程序发送信号。它最常见的语法形式看起来像这样:

kill [-signal] PID...

如果在命令行中没有指定信号,那么默认情况下,发送 TERM(终止)信号。kill 命令被经常 用来发送以下命令:

表 11-4: 常用信号
编号 名字 含义
1 HUP 挂起。这是美好往昔的痕迹,那时候终端机通过电话线和调制解调器连接到 远端的计算机。这个信号被用来告诉程序,控制的终端机已经“挂起”。 通过关闭一个终端会话,可以说明这个信号的作用。发送这个信号到终端机上的前台程序,程序会终止。

许多守护进程也使用这个信号,来重新初始化。这意味着,当发送这个信号到一个守护进程后, 这个进程会重新启动,并且重新读取它的配置文件。Apache 网络服务器守护进程就是一个例子。

2 INT 中断。实现和 Ctrl-c 一样的功能,由终端发送。通常,它会终止一个程序。
9 KILL 杀死。这个信号很特别。鉴于进程可能会选择不同的方式,来处理发送给它的 信号,其中也包含忽略信号,这样呢,从不发送 Kill 信号到目标进程。而是内核立即终止 这个进程。当一个进程以这种方式终止的时候,它没有机会去做些“清理”工作,或者是保存劳动成果。 因为这个原因,把 KILL 信号看作杀手锏,当其它终止信号失败后,再使用它。
15 TERM 终止。这是 kill 命令发送的默认信号。如果程序仍然“活着”,可以接受信号,那么 这个信号终止。
18 CONT 继续。在停止一段时间后,进程恢复运行。
19 STOP 停止。这个信号导致进程停止运行,而没有终止。像 KILL 信号,它不被 发送到目标进程,因此它不能被忽略。

让我们实验一下 kill 命令:

[me@linuxbox ~]$ xlogo &

[1] 13546

[me@linuxbox ~]$ kill -1 13546

[1]+ Hangup         xlogo

在这个例子里,我们在后台启动 xlogo 程序,然后通过 kill 命令,发送给它一个 HUP 信号。 这个 xlogo 程序终止运行,并且 shell 指示这个后台进程已经接受了一个挂起信号。在看到这条 信息之前,你可能需要多按几次 enter 键。注意,既可以用号码,也可以用名字,不过要在名字前面 加上字母“SIG”,来指定所要发送的信号。

[me@linuxbox ~]$ xlogo &

[1] 13546

[me@linuxbox ~]$ kill -1 13546

[1]+ Hangup                    xlogo

重复上面的例子,试着使用其它的信号。记住,你也可以用 jobspecs 来代替 PID。

进程,和文件一样,拥有所有者,所以为了能够通过 kill 命令来给进程发送信号, 你必须是进程的所有者(或者是超级用户)。

除了上表列出的 kill 命令最常使用的信号之外,还有一些系统频繁使用的信号。以下是其它一些常用 信号列表:

表 11-5: 其它常用信号
编号 名字 含义
3 QUIT 退出
11 SEGV 段错误。如果一个程序非法使用内存,就会发送这个信号。也就是说, 程序试图写入内存,而这个内存空间是不允许此程序写入的。
20 TSTP 终端停止。当按下 Ctrl-z 组合键后,终端发送这个信号。不像 STOP 信号, TSTP 信号由目标进程接收,且可能被忽略。
28 WINCH 改变窗口大小。当改变窗口大小时,系统会发送这个信号。 一些程序,像 top 和 less 程序会响应这个信号,按照新窗口的尺寸,刷新显示的内容。

为了满足读者的好奇心,通过下面的命令可以得到一个完整的信号列表:

[me@linuxbox ~]$ kill -l

通过 killall 命令给多个进程发送信号

也有可能通过 killall 命令,给匹配特定程序或用户名的多个进程发送信号。下面是 killall 命令的语法形式:

killall [-u user] [-signal] name...

为了说明情况,我们将启动一对 xlogo 程序的实例,然后再终止它们:

[me@linuxbox ~]$ xlogo &

[1] 18801

[me@linuxbox ~]$ xlogo &

[2] 18802

[me@linuxbox ~]$ killall xlogo

[1]- Terminated                xlogo

[2]+ Terminated                xlogo

记住,和 kill 命令一样,你必须拥有超级用户权限才能给不属于你的进程发送信号。

更多和进程相关的命令

因为监测进程是一个很重要的系统管理任务,所以有许多命令与它相关。玩玩下面几个命令:

表11-6: 其它与进程相关的命令
命令名 命令描述
pstree 输出一个树型结构的进程列表,这个列表展示了进程间父/子关系。
vmstat 输出一个系统资源使用快照,包括内存,交换分区和磁盘 I/O。 为了看到连续的显示结果,则在命令名后加上延时的时间(以秒为单位)。例如,“vmstat 5”。 终止输出,按下 Ctrl-c 组合键。
xload 一个图形界面程序,可以画出系统负载的图形。
tload 与 xload 程序相似,但是在终端中画出图形。使用 Ctrl-c,来终止输出。

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