Orange的运维学习日记--11.Linux进程管理详解

Orange的运维学习日记–Linux 进程管理

进程基础

进程的定义与作用

进程是操作系统分配资源和调度执行的最小单位。每当我们运行一个程序，比如 bash、sshd 或者自写的脚本，内核就会在内存中创建一个新的进程，赋予它独立的地址空间、资源和执行上下文

进程使得多个程序能够并发执行，并隔离各自的运行环境，从而保证系统稳定性与安全性

进程组成与环境

一个典型的进程由以下几部分构成：

• 地址空间：包含代码段、数据段、堆和栈
• 所有权与权限：包括用户 ID、组 ID 以及 Capability
• 执行线程：单线程或多线程，由寄存器和程序计数器决定执行位置
• 系统资源：文件描述符、信号处理函数、网络端口等

除此之外，进程还有环境变量集合、当前调度优先级和打开的资源列表，这些都影响着它的行为与性能

生命周期与状态

进程在其一生中会经历一系列状态转换：

• New：刚创建，还未装载执行代码
• Runnable：就绪队列中等待 CPU 调度
• Running：正在 CPU 上执行，分用户态和内核态
• Sleeping：阻塞等待 I/O、计时器或外部事件
• Stopped：收到暂停信号，挂起执行
• Zombie：已终止，但保留退出状态供父进程回收
• Reaped：父进程调用 wait() 后彻底销毁

通常你在日常中只会见到 Running、Sleeping、Stopped 和 Zombie 四种状态

进程查看与属性筛选

操作系统中运行的进程数量往往非常多，要快速定位并获取感兴趣的进程信息，就需要借助 ps 工具。

ps 命令概览

ps 命令可以快照式地打印系统当前进程。它既能列出所有进程，也可以针对用户、终端、命令名称等条件进行过滤，同时支持自定义输出列和排序。

ps 常用选项

• 限定范围
  • -e 或 ax：列出所有进程
  • -u 用户名：仅显示指定用户的进程
  • -t 终端名：显示指定终端的进程
  • -C 程序名：按命令名称匹配
• 输出格式
  • -o 列表：自定义列，如 pid,ppid,%cpu,cmd
  • -f、-j：全格式或作业型输出
  • axf：以树形结构展示父子关系
• 排序
  • --sort 字段：默认升序
  • --sort -字段：降序

示例与说明

下面一段对比展示了几种典型场景：

使用 head、grep、awk、sort 等工具组合可以进一步挖掘特定条件下的进程

作业控制

在同一个终端里，你既可以同时运行多个程序，也能灵活地暂停、恢复甚至迁移它们的运行状态

前台与后台作业对比

• 前台作业
  • 占用当前终端，能读写标准输入
  • 捕获 Ctrl+C（SIGINT）和 Ctrl+Z（SIGTSTP）
• 后台作业
  • 不占用输入，即使尝试读取也会被挂起
  • 终端列（TTY）显示 ?

用 & 将命令放到后台执行，shell 马上返回提示符，你可以同时处理其他事情

控制命令与快捷键

通过这些命令，你可以在一个 shell 会话中高效地管理多个任务

会话保持工具：nohup vs screen

当你远程登录执行长时间任务时，若突然断网或关闭终端，后台作业可能会被 SIGHUP 信号终止。为此，我们有两种主流方案：

• nohup
  • 忽略挂断信号（SIGHUP）
  • 输出自动重定向到 nohup.out
  • 用法：nohup 命令 &
• screen
  • 创建可分离的虚拟终端会话
  • 即使断开连接，任务仍在会话中运行
  • 安装：yum install -y screen
  • 启动：screen
  • 列表：screen -ls
  • 恢复：screen -r 会话ID

两者各有优缺点：nohup 简单直接，但无法恢复交互；screen 功能更强，但需要额外学习会话管理命令

信号机制与进程控制

信号是一种轻量级的进程间通信机制，既能由内核在异常或事件发生时产生，也能由用户通过命令或快捷键发送。

信号的概念与用例

当你按下 Ctrl+C，内核就会向前台进程发送 SIGINT，通知它“停止执行”。如果程序捕获该信号，并在处理函数里做好清理，就能优雅退场；如果未处理，进程就会被默认终止。

可以用 kill/pkill 命令给任意进程发送信号，常见用例有：

• 优雅重启：kill -HUP PID 通知进程重新加载配置
• 调试看守：kill -USR1 PID 根据约定触发进程打印状态
• 强制终止：kill -9 PID 无条件杀掉进程

常见信号列表

kill、pgrep、pkill 使用方法

• kill
  • 发送信号到指定 PID：kill -SIGTERM 1234 或 kill 1234
  • 作用于作业号：kill -9 %1 将第 1 个作业强制终止
• pgrep
  • 查找符合条件的 PID：pgrep sshd
  • 显示名称：pgrep -l httpd
  • 按用户／终端／PPID 筛选：pgrep -u laoma、pgrep -t pts/0、pgrep -P 1000
• pkill
  • 与 pgrep 类似，但直接发送 SIGTERM：pkill sleep
  • 可指定信号：pkill -SIGUSR1 myapp
  • 按用户／终端／父进程：pkill -u root、pkill -t pts/2、pkill -P 1350

当内置过滤无法满足需求时，经典组合为：

kill -9 $(ps axu | grep '[d]nf install' | awk '{print $2}')

登录与会话查询命令

• whoami：显示当前执行用户
• who：列出所有登录会话及来源
• w：在 who 的基础上增加登录时间、空闲时长和当前执行命令
• last：读取 /var/log/wtmp，显示历史登录和重启记录

特殊进程

有两类“看不见的隐患”进程需要特别关注：僵尸进程和孤儿进程

僵尸进程的形成与危害

当子进程退出后，内核并不立即销毁它的 PCB，而是将其标记为 Z（Zombie），等待父进程调用 wait() 或 waitpid() 获取退出状态若父进程迟迟不回收，这些 PCB 会一直占用内存和 PID；进程过多时，可能导致系统无法再创建新进程

预防措施

• 在父进程中捕获 SIGCHLD，在信号处理函数里调用非阻塞版 waitpid(-1, …, WNOHANG) 回收所有死子进程
• 对于短命任务，使用进程池或线程池替代频繁 fork()

孤儿进程的救助与注意

当父进程提前退出，子进程就会被 init（或 systemd）收养，其 PPID 自动变成 1。这样即使原父进程崩溃，子进程依然能被最终回收，不会成为僵尸

虽然孤儿进程本身不会造成死锁，但频繁生成并遗忘管理会给 init 带来额外负担。

良好实践

• 父进程对重要子进程设置合适的退出策略，避免父子脱节
• 对于短命任务，使用进程池或线程池替代频繁 fork()

孤儿进程的救助与注意

当父进程提前退出，子进程就会被 init（或 systemd）收养，其 PPID 自动变成 1。这样即使原父进程崩溃，子进程依然能被最终回收，不会成为僵尸

虽然孤儿进程本身不会造成死锁，但频繁生成并遗忘管理会给 init 带来额外负担。

良好实践

• 父进程对重要子进程设置合适的退出策略，避免父子脱节
• 必要时在代码里检测 getppid() == 1，若不希望被收养则自行退出