【Linux】Linux进程管理
Linux进程管理
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一、程序与进程
程序（program）是一个普通文件，是为了完成特定任务而准备好的指令序列与数 据的集合，这些指令和数据以“可执行映像”的格式保存在磁盘中。例如：hello.c源程 序文件经过编译后产生a.out程序，其中a.out文件为可执行镜像格式，Linux 的/bin、/sbin、/usr/bin、/usr/sbin目录下保存着诸多的程序文件。
进程（process）是一个已经开始执行但还没终止的程序实例。Linux系统下使用ps 命令可以查看到当前正在执行的进程。每个进程包含有进程运行环境、内存地址空 间、进程ID、和至少一个被称为线程的执行控制流等资源。同一个程序可以实例化为 多个进程实体。操作系统中所有进程实体共享着计算机系统的CPU、外设等资源。
线程：操作系统进行运行调度的基本单位
也就是说进程是程序的动态执行，一旦运行就会有一个进程ID；
程序是一个静态的普通文件，里面包含为完成特定任务而准备的指令与数据，程序一旦运行结束就会将所占资源释放掉。
1．程序如何变成进程
程序是个静态的文件，进程是一个动态的实体，进程的状态会在运行过程中改变， 那么程序是如何变为一个进程的呢？
通常在Shell中输入命令运行就包含了程序到进程转换的过程。整个转换过程主要 包含以下3个步骤：
（1）查找命令对应程序文件的位置；
（2）使用fork()函数为创建一个新进程；
（3）在新进程中调用exec族函数装载程序文件，并执行程序文件的main()函数。
2. Linux系统启动流程
1、硬件加电自建 BIOS
2、读取MBR信息 512bytes
3、 boot程序加载内核
4、内核初始化进程 init systemd runlevel
5、建立终端： 虚拟终端
6、用户登录
守护进程：在某些用户空间中，即使用户退出登录，仍然会有一些进程在后台运行
3．进程状态
Linux是一个多用户多任务的操作系统，可以同时运行多个用户的多个程序，就必 然会产生多进程，而每个进程会有不同的状态。Linux的进程有以下6种状态：
D = uninterruptible sleep D：不可中断的深度睡眠状态，处于这种状态的进程不能响应异步信号；不可中断 的等待状态最典型的例子就是进程等待磁盘I/O操作 R = running R：进程处于运行态或就绪状态，只有在该状态的进程才可能在CPU上运行。而同 一时刻可能有多个进程处于可执行状态； S = sleeping S：可中断的睡眠状态，处于这个状态的进程因为等待某种事件的发生而被挂 起。；这类进程处于阻塞状态，一旦达到某种条件，就会变为运行状态。同时该状态 的进程也会由于接收到信号而被提前唤醒进入到运行状态。 T = stopped by job control signal T：暂停状态或跟踪状态；进 向进程发送一个SIGSTOP信号，它就会因响应该信号而进入TASK_STOPPED状态（除非该进程本身处于ASK_UNINTERRUPTIBLE状态而不响应信号）
向进程发送一个SIGCONT信号，可以让其从TASK_STOPPED状态恢复到TASK_RUNNING状态。
X=TASK_DEAD - EXIT_DEAD X：退出状态，进程即将被销毁； Z = zombie Z：退出状态，进程成为僵尸进程
Linux系统使用ps -aux命令时可观察到进程的当前状态
当一个进程调用 fork 函数生成另一个进程，原进程就称为父进程，新生成的进程 则称为子进程。 Linux 系统中这样父子进程非常多，我们可以使用 pstree 命令查看系统上的进程 「谱系」。
二、进程的产生
父进程(PPID)---复制自己的地址空间fork()创建一个新的子进程.
子进程(PID)----每一个新进程会有一个PID
所有的进程都可以创建子进程
所有的进程的父进程是第一个系统进程的子进程。
三、僵尸进程
什么是僵尸进程？
前面提到过，在 Linux 环境中，我们是通过 fork 函数来创建子进程的。创建完毕 之后，父子进程独立运行，父进程无法预知子进程什么时候结束。
通常情况下，子进程退出后，它立即从内存中移除，但进程描述符仍然保留在内存中 （进程描述符占有极少的内存空间）。子进程的状态变成EXIT_ZOMBIE，并且向父 进程发送SIGCHLD（-17）信号，父进程会使用 wait 或 waitpid 函数进行回收子 进程的资源，并获得子进程的终止状态。在wait()调用之后，僵尸进程就完全从内存 中移除了。因此一个僵尸进程存在于其终止到父进程调用wait()函数。
但是，如果父进程先于子进程结束，则子进程成为孤儿进程。孤儿进程将被 init 进程 （进程号为1）领养，并由 init 进程对孤儿进程完成状态收集工作。
而如果子进程先于父进程退出，同时父进程太忙了，无瑕回收子进程的资源，子进程 残留资源（PCB）存放于内核中，变成僵尸（Zombie）进程，如下图所示：
如果子进程在退出的时候父进程还处于等待状态，父进程还未苏醒，因此没人给子进程「收尸」，所以它就变成 了僵尸进程。
在CentOS7中PID的默认最大值为131072，PID的范围是0~4194304。如果僵尸进 程持续增加可能用占用大量PID，影响到新进程的创建。
如何杀死僵尸进程
对于普通进程，我们可以通过使用 kill 命令来杀死它们。 kill 命令它还有几个兄 弟，比如 pkill 和 killall ，虽然它们名称里都带 kill 这样杀气腾腾的字眼， 但它们实际上是被设计为向一个或多个进程发送信号。
在未指定的情况下，这几个命令默认发送的是 SIGTERM 信号。
普通进程可以被 kill ，但僵尸进程是不行的。为什么？因为僵尸进程本身就已经 「死」过一次了！如果还可以再「死」，那「僵尸」这个名号就没多大意义了。
僵尸进程其实已经就是退出的进程，因此无法再利用kill命令杀死僵尸进程。僵尸进 程的罪魁祸首是父进程没有回收它的资源，那我们可以想办法它其它进程去回收僵尸 进程的资源，这个进程就是 init 进程。
因此，我们可以直接杀死父进程，init 进程就会很善良地把那些僵尸进程领养过来， 并合理的回收它们的资源，那些僵尸进程就得到了妥善的处理了。
例如，如果 PID 5878 是一个僵尸进程，它的父进程是 PID 4809，那么要杀死僵尸 进程 （5878），您可以结束父进程 （4809）：
kill -9 4809 #4809 is the parent, not the zombie
注意：杀死父进程时要非常小心，如果一个进程的父进程就是 PID 1 ，并且你还杀死 了它，那么系统将直接重启！这将是一个更可怕的故事！
Linux进程趣图
四、进程的优先级和nice级别
Linux是一个多用户多任务的操作系统。所有的任务都放在一个队列中，操作系统根 据每个任务的优先级为每个任务分配合适的时间片（时间片是进程在处理器中执行时 间）。每个时间片很短，用户根本感觉不到是多个任务在运行，从而使所有任务共享 系统资源。因此，Linux可以在一个任务还未执行完时，短暂挂起此任务，去执行另 一个任务，过一段时间后再回来处理这个任务，直到这个任务完成才从任务队列中去 除。这就是单CPU操作系统多任务的概念。
在单CPU的环境下，虽然系统可以运行多个任务，但是在某个时间点，CPU只能执行 一个进程（串行执行）。而在多CPU的环境下，某个时间点可以有多个进程同时执行 （并行执行）。这就是多核CPU比单核CPU处理性能高的原因
在CPU执行每个任务的过程中，进程优先级决定了进程在CPU中的执行顺序。优先级 越高的进程被处理器执行的的机会越大。
进程优先级由动态优先级和静态优先级决定，根据进程的行为，内核使用启发式算法 决定开启或关闭动态优先级。可以通过nice级别直接修改进程的静态优先级，拥有越 高的静态优先级的进程会获得更长的时间片。Linux支持的nice级别从19（最低优先 级）到-20（最高优先级），默认为0。只有root用户才能把进程的nice级别调整为 负数（让其具备较高优先级）。
进程与线程
进程是程序的一次动态执行，它对应着从代码加载、执行至执行完毕的一个完整的过 程，是一个动态实体，它有自己的声明周期。进程因创建而产生，因调度而运行，因 等待资源或事件而被处于等待状态，因完成任务而被撤销。
线程是进程的一个实体，是CPU调度和分派的基本单位，它是比进程更小的能独立运 行的基本单位。一个线程可以创建和撤销另一个线程，同一个进程的多个线程之间可 以并发执行。
进程和线程的关系如下所述：
- 一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以由多个线程
- 线程是资源分配的最小单位，同一个进程的所有线程共享该进程的所有资源
- 真正在处理器上运行的是线程
进程和线程的区别如下所述：
- 调度：线程作为调度和分配的基本单位，进程最为拥有资源的基本单位
- 并发性：不仅进程可以并发执行，同一个进程的多个线程也可以并发执行
- 拥有资源：进程是拥有资源的基本单位，线程不拥有系统资源，但可以访问隶属 于进程的资源
- 系统开销：在创建和撤销进程时，由于系统都要为之分配和回收资源，导致系统 的开销明显大于创建或撤销线程时的开销
守护进程
在某些用户空间中，即使用户退出登录，仍然会有一些后台进程在运行，这些进程被 称为 守护进程(daemon) 。（例如：httpd atd）
systemctl status cornd ##查看指定服务的状态
Linux 中有一种特殊的守护进程被称为 计划守护进程(Cron daemon) ，计划守护进程 可以每分钟醒来一次检查是否有工作要做，做完会继续回到睡眠状态等待下一次唤 醒。
Linux的大多数服务器就是用守护进程实现的。比如，Web服务器httpd等。同时， 守护进程完成许多系统任务。比如，作业规划进程crond， 打印进程lpd等。下面将 我理解的Linux下守护进程做一些解释和说明。同时将网上一个常用的解说Linux下守 护进程的程序作为实例介绍一下。
五、Linux 进程间通信
Linux 进程间的通信机制通常被称为 Internel-Process communication,IPC 下面 我们来说一说 Linux 进程间通信的机制，大致来说，Linux 进程间的通信机制可以分 为 6 种
信号 signal
信号是 UNIX 系统最先开始使用的进程间通信机制，因为 Linux 是继承于 UNIX 的， 所以 Linux 也支持信号机制，通过向一个或多个进程发送 异步事件信号 来实现，信号 可以从键盘或者访问不存在的位置等地方产生；信号通过 shell 将任务发送给子进 程。
你可以在 Linux 系统上输入 kill -l 来列出系统使用的信号，下面是我提供的一些 信号
进程可以选择忽略发送过来的信号，但是有两个是不能忽略的： SIGSTOP 和 SIGKILL 信号
SIGSTOP 信号会通知当前正在运行的进程执行关闭操作，SIGKILL 信号会通知当前 进程应该被杀死。除此之外，进程可以选择它想要处理的信号，进程也可以选择阻止 信号，如果不阻止，可以选择自行处理，也可以选择进行内核处理。如果选择交给内 核进行处理，那么就执行默认处理。
操作系统会中断目标程序的进程来向其发送信号、在任何非原子指令中，执行都可以 中断，如果进程已经注册了新号处理程序，那么就执行进程，如果没有注册，将采用 默认处理的方式。
例如：当进程收到 SIGFPE 浮点异常的信号后，默认操作是对其进行 dump(转储) 和 退出。信号没有优先级的说法。如果同时为某个进程产生了两个信号，则可以将它们 呈现给进程或者以任意的顺序进行处理。
常见的进程信号
Linux系统有7个运行级别(runlevel)：
- 运行级别0：系统停机状态，系统默认运行级别不能设为0，否则不能正常启动
- 运行级别1：单用户工作状态，root权限，用于系统维护，禁止远程登陆
- 运行级别2：多用户状态(没有NFS)
- 运行级别3：完全的多用户状态(有NFS)，登陆后进入控制台命令行模式
- 运行级别4：系统未使用，保留
- 运行级别5：X11控制台，登陆后进入图形GUI模式
- 运行级别6：系统正常关闭并重启，默认运行级别不能设为6，否则不能正常启动
忘记超级用户密码可以进入单用户工作状态去修改
- init 0可以实现关机
- init 6可以实现重启
- init 3可以实现切换到文本界面
- init 5可以实现切换到图形化界面
在图形化界面也可以通过快捷键CRTL+ALT+F3实现切换到文本界面，但是反过来不 行，因为文本界面不支持这种快捷键操作
管道 pipe
Linux 系统中的进程可以通过建立管道 pipe 进行通信 在两个进程之间，可以建立一个通道，一个进程向这个通道里写入字节流，另一个进 程从这个管道中读取字节流。管道是同步的，当进程尝试从空管道读取数据时，该进 程会被阻塞，直到有可用数据为止。shell 中的 管线 pipelines 就是用管道实现 的，当 shell 发现输出
sort <f | head
它会创建两个进程，一个是 sort，一个是 head，sort，会在这两个应用程序之间建 立一个管道使得 sort 进程的标准输出作为 head 程序的标准输入。sort 进程产生的 输出就不用写到文件中了，如果管道满了系统会停止 sort 以等待 head 读出数据
管道实际上就是 | ，两个应用程序不知道有管道的存在，一切都是由 shell 管理和控 制的。
共享内存 shared memory
两个进程之间还可以通过共享内存进行进程间通信，其中两个或者多个进程可以访问 公共内存空间。两个进程的共享工作是通过共享内存完成的，一个进程所作的修改可 以对另一个进程可见(很像线程间的通信)。
- 在使用共享内存前，需要经过一系列的调用流程，流程如下
- 创建共享内存段或者使用已创建的共享内存段 (shmget())
- 将进程附加到已经创建的内存段中 (shmat())
- 从已连接的共享内存段分离进程 (shmdt())
- 对共享内存段执行控制操作 (shmctl())
先入先出队列 FIFO
先入先出队列 FIFO 通常被称为 命名管道(Named Pipes) ，命名管道的工作方式与常 规管道非常相似，但是确实有一些明显的区别。未命名的管道没有备份文件：操作系 统负责维护内存中的缓冲区，用来将字节从写入器传输到读取器。一旦写入或者输出 终止的话，缓冲区将被回收，传输的数据会丢失。相比之下，命名管道具有支持文件 和独特 API ，命名管道在文件系统中作为设备的专用文件存在。当所有的进程通信完 成后，命名管道将保留在文件系统中以备后用。命名管道具有严格的 FIFO 行为。
写入的第一个字节是读取的第一个字节，写入的第二个字节是读取的第二个字节，依 此类推。
消息队列 Message Queue
消息队列是用来描述内核寻址空间内的内部链接列表。可以按几种不同的方式将消息 按顺序发送到队列并从队列中检索消息。每个消息队列由 IPC 标识符唯一标识。消息 队列有两种模式，一种是 严格模式 ， 严格模式就像是 FIFO 先入先出队列似的，消息 顺序发送，顺序读取。还有一种模式是 非严格模式 ，消息的顺序性不是非常重要。
套接字 Socket
还有一种管理两个进程间通信的是使用 socket ，socket 提供端到端的双相通信。 一个套接字可以与一个或多个进程关联。就像管道有命令管道和未命名管道一样，套 接字也有两种模式，套接字一般用于两个进程之间的网络通信，网络套接字需要来自 诸如 TCP（传输控制协议） 或较低级别 UDP（用户数据报协议） 等基础协议的支持。
套接字有以下几种分类
- 顺序包套接字(Sequential Packet Socket) ：此类套接字为最大长度固定的数 据报提供可靠的连接。此连接是双向的并且是顺序的。
- 数据报套接字(Datagram Socket) ：数据包套接字支持双向数据流。数据包套接 字接受消息的顺序与发送者可能不同。
- 流式套接字(Stream Socket) ：流套接字的工作方式类似于电话对话，提供双向 可靠的数据流。
- 原始套接字(Raw Socket) ：可以使用原始套接字访问基础通信协议。
六、系统启动的完整过程
七、查找命令的完整安装名称
如果直接yum一个命令有时候可能找不到，这时候使用下面的命令就可以查到他的安装包名称
yum search 命令
例如安装pstree命令，直接使用yum install -y pstree是无法安装的，要先使用yum search pstree来查找他的完整安装名称,再进行安装。
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