【Linux】第八章 监控和管理Linux进程
目录
1.什么是进程？
进程的基本组成：
2. 如何理解systemd进程？
3. ps和top有什么区别？
4. 解释 ps aux 和 ps -ef 这两个命令和参数的作用。
5. 进程状态有哪些？
6. 怎么理解作业(Job)和作业控制？
7. 说明 kill 命令中使用 9 和 15 信号量的区别。
8.什么是负载平均值（load average）？
1.什么是进程？
进程（process）是操作系统中正在运行的程序，它不仅仅是程序的代码，还包括了程序执行时所需的所有资源、上下文和状态信息。进程是操作系统资源管理的基本单位，也是执行的基本单位。
进程的基本组成：
（1）分配的内存地址空间：每个进程在操作系统中都有一块独立的内存空间。这个内存空间分为不同的区域，用于存储：
- 栈：用于存储函数的局部变量、函数调用的返回地址等信息。
- 堆：动态分配的内存区域，用于存放程序运行时申请的内存。
- 数据段：存放程序的全局变量和静态变量。
- 代码段：存放程序的代码。
这些内存空间保证了不同进程之间的内存隔离，防止进程间互相干扰。也就是说，一个进程不能直接访问另一个进程的内存，保护了进程的数据安全。
（2）安全属性（所有权和特权）：
每个进程都由操作系统分配所有者，即一个进程有其所属的用户或用户组（通常是启动该进程的用户）。操作系统通过用户和用户组来控制进程的权限。
特权指的是进程是否拥有某些系统资源的访问权限。例如，普通用户的进程不能访问或修改系统文件，而内核进程或有特权的进程可以访问系统的所有资源。
通过这种方式，操作系统确保了不同进程的权限隔离，避免了未经授权的访问。
（3）一个或多个线程：
- 进程可以包含多个线程，这些线程共同工作，共享进程的资源（如内存、文件描述符等）。
- 每个进程至少有一个主线程，并且每个线程都有自己的执行上下文。线程是操作系统调度的最小单位，负责实际的程序执行。
- 线程共享进程的内存空间和一些系统资源，但每个线程有自己的栈、程序计数器（PC）等执行上下文。
- 多个线程可以在同一个进程内并发执行，提高了进程的执行效率。进程内的多个线程共享数据，并通过线程间的同步机制来进行协调。
（4）进程状态：
进程在运行过程中会经历不同的状态，每个状态对应着不同的行为：
- 就绪（Ready）：进程已准备好，等待操作系统将其分配到CPU进行执行。
- 运行（Running）：进程正在CPU上运行。
- 等待（Blocked）：进程正在等待某些事件的发生，比如等待I/O操作的完成。
- 终止（Terminated）：进程完成执行或被强制终止。
操作系统管理进程的状态，通过调度算法决定哪个进程在什么时候执行。
进程的环境
进程环境指的是进程在执行时的所有上下文信息和资源配置，保证进程能够正确运行并与系统和其他进程进行交互。
进程环境的组成：
（1）本地和全局变量：
- 本地变量：指在进程内部、线程内部定义的变量。它们仅在进程或线程的执行上下文中有效。
- 全局变量：指在进程内部共享的变量，进程中的所有线程都能访问。全局变量在多线程程序中是共享的，需要进行同步处理。
（2）当前调度上下文：
调度上下文是指操作系统记录的当前进程执行状态。这包括：
- 寄存器的值：进程当前执行的指令、程序计数器（PC）等。
- 内存状态：进程使用的栈、堆、代码段等信息。
- 调度信息：如进程的优先级、调度策略等。
每当操作系统切换进程时，它会保存当前进程的调度上下文，并加载新进程的调度上下文。这样可以保证进程能够在切换后从中断的地方继续执行。
（3）分配的系统资源：
操作系统为每个进程分配了一些资源，确保进程能够正常运行并与外部环境进行交互。例如：
- 文件描述符：每个进程可以打开一定数量的文件，每个文件有一个唯一的文件描述符来标识。
- 网络端口：进程需要通过网络与其他系统通信时，操作系统为其分配网络端口。
- 共享库和外部资源：进程在执行时可能依赖于外部的库文件或硬件资源，操作系统负责管理这些资源。
这些资源的分配和管理保证了进程在执行时不发生资源冲突。
2. 如何理解systemd进程？
当前进程(parent) 通过 fork() 复制自己的地址空间来创建一个新的(子) 进程，新进程是父进程的一个副本，会继承父进程的很多特征（如代码、数据、文件描述符等），但会有独立的进程ID和某些资源。
systemd 是第一个启动的进程，进程ID为 1，是所有其他进程的父进程。systemd 在系统启动时初始化操作系统，启动和管理用户空间进程，服务和其他重要资源。
systemd 作为 PID 1 进程，不仅负责系统的初始化过程，还负责进程的管理、日志记录、设备管理等任务。
3. ps和top有什么区别？
ps（Process Status）：是一个静态命令，用于显示当前系统中进程的快照（即当前时刻的进程状态）。它显示的进程信息是静态的，即运行命令时显示的进程列表并不会自动更新。
top：是一个动态命令，用于显示当前系统进程的实时信息。它不断更新进程信息，可以动态显示系统资源使用情况，包括 CPU 使用率、内存使用率、进程信息等。
4. 解释 ps aux 和 ps -ef 这两个命令和参数的作用。
ps aux 用于显示当前系统中所有用户的所有进程信息。
-
a：显示所有用户的进程。 u：以用户为中心的格式显示进程信息，输出中包含进程的所有者（用户）、进程的 CPU 和内存使用情况等。x：显示没有控制终端的进程（如后台进程）。默认情况下，ps只显示属于当前终端的进程，通过添加x参数，可以查看没有终端的进程。
ps -ef 用于显示当前系统中所有进程的详细信息。
-e：显示所有正在运行的进程，相当于a选项。显示系统中的所有进程，不仅仅是当前终端或当前用户的进程。-f：以完整格式显示进程信息，输出包含进程的父进程 ID (PPID)、启动时间、占用的终端等详细信息。
5. 进程状态有哪些？
-
R（Running or Runnable）正在运行，或者准备好运行（在可运行队列中等待 CPU 时间片）。
- S（Sleeping）：正在睡眠（等待某些事件的发生，比如 I/O 操作完成，或者某个信号到达等）。
- D（Uninterruptible Sleep）：进程在“不可中断睡眠”状态中，通常是因为等待某些硬件操作（如硬盘或网络）完成。
- T（Stopped）：进程被停止，通常是通过接收
SIGSTOP信号或Ctrl+Z（在终端下暂停进程）暂停的。 - Z（Zombie）：僵尸进程，进程已经完成执行并终止，但它的父进程尚未读取它的退出状态，因此该进程仍然在进程表中。
- I（Idle）：进程处于空闲状态，通常是 CPU 核心在空闲时的状态。
- W（Paging）：进程在进行虚拟内存到物理内存的页面交换操作，通常是由于内存压力很大时发生。进程正在等待页面交换完成，这可能会导致性能问题。
- X（Dead）：这表示进程已经结束并且已经完全清理，不再保留任何状态信息。
6. 怎么理解作业(Job)和作业控制？
作业 是在一个终端会话中启动的一个或多个相关进程的集合。每个作业都有一个唯一的作业编号。作业可以包含一个或多个进程，这些进程可以同时执行或相互依赖。
作业控制 是shell提供的一种功能，允许用户在一个shell实例中运行和管理多个命令。它使得用户能够将作业在 前台（一个终端同一时间只能有一个前台作业）和 后台（&）之间切换，以及暂停和恢复执行。可以通过 bg 命令将一个暂停的作业转到后台，也可以使用 fg 命令将后台作业恢复到前台。你可以使用 ctrl+z 将一个正在前台运行的作业暂停，并放到后台（即发送 sigstop 信号）。
7. 说明 kill 命令中使用 9 和 15 信号量的区别。
kill 命令需要提供进程ID，发送信号。kill -signal PID。
SIGTERM (信号量 15) ：优雅终止，通知进程"请自行退出"，允许进程执行清理操作（如保存数据、关闭文件、释放资源等）。建议选该操作。
SIGTERM (信号量 9) ：强制终止，直接由操作系统内核终止进程，不给予清理机会，不可被捕获、阻塞或忽略，可能导致资源泄漏（如临时文件未删除、共享内存未释放）。
pkill 可以根据进程名或其他属性来查找并终止进程。
SIGKILL 常被滥用，无法挽救，太致命，而且容易不释放资源，所以建议还是先 SIGTERM(15)，然后尝试SIGINT (2) ，实在关不掉再用 SIGKILL(9）。
8.什么是负载平均值（load average）？
系统的 负载平均值 是衡量系统工作负荷的一个重要指标。内核每隔5秒收集负载数， 汇总到1分钟、5分钟和15分钟移动平均值，负载数由 CPU 上准备运行的进程数（进程状态为 R）和等待磁盘或网络 I/O 完成的进程数（进程状态为 D）决定。如果系统负载很高，但是 CPU 压力不高，则要考虑磁盘和网络负载过大。
uptime 命令显示当前 load average，lscpu 显示cpu数量。如果 load average 除以cpu数量，接近1，表示cpu负载非常高。