第十一章：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< 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。 |