Linux 进程和线程基础知识解析
一、进程基础知识
1、简介
进程是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，也是操作系统结构的基础。它既是程序的执行实例，也是程序在操作系统中的动态表现。简单来说，进程是运行中的程序。程序是死的、静止的，但进程是活的、动态的。当运行一个程序时，操作系统会创建一个进程，并为其分配独立的资源。
2、特点
动态性：进程是动态产生的，随着程序的执行而不断变化，并在执行完毕后动态消亡。
独立性：进程是一个独立的运行实体，拥有自己独立的地址空间和系统资源，如处理器、存储器、I/O设备等。
异步性：由于进程间的相互制约和资源共享，使得进程的执行具有间断性，即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进。
并发性：多个进程可以在同一时间段内并发执行，共享系统资源。
3、表现样式
Process: 运行中的程序的一个副本，是被载入内存的一个指令集合，是资源分配的单位。
进程ID（Process ID，PID）号码被用来标记各个进程
UID、GID、和SELinux语境决定对文件系统的存取和访问权限【/usr/bin/passwd】
通常从执行进程的用户来继承
存在生命周期
4、创建流程
操作系统创建一个新的进程时，会按照以下步骤操作：
为新进程分配一个唯一的进程标识符。此时，主进程表中会添加一个新表项，每个进程一个表项。
为进程分配空间。这包括进程映像中的所有元素。因此，操作系统必须知道私有用户地址空间（程序和数据）和用户栈需要多少空间。默认情况下会根据进程的类型分配这些值，也可以在作业创建时基于用户请求设置这些值；最后，必须为进程控制块分配空间。
初始化进程控制块。进程标识符部分包括进程ID和其他相关的ID，如父进程的ID等；处理器的状态信息大多初始化为0，但程序计数器和系统栈指针除外。进程最初不拥有任何资源，除非显式的请求了这些资源或几层了父进程的资源。
设置正确的链接。例如，若操作系统将每个调度队列都维护为一个链表，则新进程必须放在就绪或就绪/挂起链表中。
创建或扩充其他数据结构。例如，操作系统可因编制账单和或评估性能，为每个进程维护一个记账文件。
5、结构解析
每个进程都有操作系统分配给其的独特资源，包含内存、栈、文件描述符等信息。
进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
程序是进程要执行的指令集合，它通常存储在内存中的代码段中。程序代码是进程执行的基础，由CPU读取指令并执行。
数据是进程在执行过程中需要处理的信息，表示进程正在使用的数据，包括全局变量、局部变量、常量等。数据通常存储在内存中的数据段中，供程序代码在运行时读取和修改。
进程控制块则包含了进程的各种信息和控制信息，是进程存在的唯一标志，用于记录进程的状态和相关信息。PCB中包含了进程的ID（PID）、状态（如就绪、运行、阻塞等）、优先级、输入输出信息等。PCB通常会存储在操作系统内核中，以便操作系统对进程进行管理和调度。
PID：即进程号。操作系内核为每个进程分配的唯一整数标识符，用于唯一标识进程。
状态：进程在生命周期会处于不通状态。包含：就绪状态、运行状态、睡眠状态、跟踪状态、僵尸状态、停止状态等。
优先级：是一个数值，表示进程在系统中的执行顺序，决定了进程的执行优先级和调度策略。实时进程优先级范围是0到MAX_RT_PRIO-1(0-99)，普通进程的静态优先级范围是从MAX_RT_PRIO到MAX_PRIO-1(100-139)。
二、线程基础知识
1、简介
线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程，是程序执行流的最小单元，是操作系统进行CPU 调度和分派的基本单位。一个进程可以包含一个或多个线程，这些线程共享进程的资源，但有自己独立的执行路径。
2、特点
共享性：同一个进程内的所有线程，都共享该进程的所有资源，包含地址空间、文件描述符、全局变量等，仅线程私有资源（栈、计数器、寄存器等）独立。
轻量性：切换时开销较小，因为线程共享进程的内存和资源，只需要切换线程的上下文即可。这使得多线程程序能够更高效地利用系统资源。
依赖性：无法独立存在，必须依附于进程。进程退出，其中的所有线程也会终止。
3、与进程的区别
| 对比属性 | 进程 | 线程 |
|---|---|---|
| 调度单位 | 早期为调度单位，现为多线程 | 任务调度和执行的基本单位 |
| 开销 | 开销大，创建、销毁及切换成本高 | 开销小，共享资源，切换成本低 |
| 通信 | 依靠IPC机制 | 直接共享内存或消息传递 |
| 包含关系 | 一个进程可以有一个或多个线程 | 一个线程只能属于一个进程 |
| 资源分配 | 独立资源 | 共享进程的资源 |
| 独立性 | 高、一个崩溃不影响其他进程 | 低、一个崩溃可能影响整个进程 |
| 并发并行 | 并发 | 并行 |
三、进程管理工具
1、pstree 命令
该命令以树状图的形式显示进程及其子进程的层次结构，清晰地表达了进程间的父子关系。这种展示方式比简单的列表（如ps命令的输出）更加直观，有助于用户快速理解进程的继承关系。
命令格式
pstree [-acglpsStuZ] [ -h | -H PID ] [ -n | -N type ] [ -A | -G | -U ] [ PID | USER ]
常用选项
-p|--show-pids ： 显示PID，包含 -c 选项
一般选项
-a|--arguments ： 显示该进程的完整指令及参数
-A|--ascii ： 使用 ASCII 字符绘制线条
-c|--compact ： 不压缩相同的子树
-h|--highlight-all ： 高亮显示当前进程及父进程
-H PID|--highlight-pid=PID ： 高亮显示指定进程及父进程
-g|--show-pgids ： 显示进程组ID,包含 -c 选项
-G|--vt100 ： 使用VT100线条绘制字符
-l|--long ： 不要截断长线
-n|--numeric-sort ： 根据PID排序显示
-N type|--ns-sort=type ： 根据指定规则排序
(cgroup|ipc|mnt|net|pid|user|uts)
-s|--show-parents ： 显示父进程
-S|--ns-changes ： 显示命名空间
-t|--thread-names ： 显示完整线程名称
-T|--hide-threads ： 不显示线程
-u|--uid-changes ： 显示进程切换
-Z|--security-context ： 显示selinux相关信息
查看进程树
显示进程切换
显示指定用户的进程
显示父进程
2、ps 命令
全称是process status，意为进程状态。通过ps命令，用户可以获取当前系统中正在运行的进程的各种详细信息，如进程ID（PID）、进程状态、CPU使用情况、内存占用、运行时间等。可以查看进程当前状态的快照，默认显示当前终端中的进程，Linux系统各进程的相关信息均保存/proc/PID目录下的各文件中。
命令格式
ps [options]
常用选项
a ： 选项包括所有终端中的进程
x ： 选项包括不链接终端的进程
u ： 选项显示进程所有者的信息
一般选项
f|--forest ： 选项显示进程树,相当于
k|--sort opt ： 对属性排序,属性前加 - 表示倒序(--sort=uid,-ppid,+pid)
o ： 属性… 选项显示定制的信息 pid、cmd、%cpu、%mem
L ： 显示支持的属性列表
-C cmdlist ： 指定命令，多个命令用，分隔
-L ： 显示线程
-e ： 显示所有进程，相当于-A
-f ： 显示完整格式程序信息
-F ： 显示更完整格式的进程信息
-H ： 以进程层级格式显示进程相关信息
-u userlist|--user userlist ： 指定有效的用户ID或名称
-U userlist|--User userlist ： 指定真正的用户ID或名称
-g grplist|--group grplist ： 指定有效的gid或组名称
-G grplist|--Group grplist ： 指定真正的gid或组名称
-p pid ： 显示指pid的进程
--ppid pid ： 显示属于pid的子进程
-t ttylist ： 指定tty,相当于 t
-M ： 显示SELinux信息，相当于Z
ps 输出信息
USER ： 进程属主
PID ： 进程ID
PPID ： 父进程ID
%CPU ： CPU占用率
%MEM ： 内存占用率
VSZ ： Virtual memory SiZe，虚拟内存集，线性内存，虚似内存
RSS ： ReSident Size，常驻内存集，实际占用物理内存
TTY ： 终端
STAT ： 进程状态
START ： 进程开始时间
TIME ： 累计分配给进程的cpu时长
COMMAND ： 对应的程序及参数
UID ： 进程属主
C ： cpu利用率，取整
STIME ： 进程开始时间
CMD ： 对应的程序及参数
ni ： nice值
pri ： priority优先级。
rtprio ： 实时优先级，不是所有的进程都有实时优先级的。
psr ： processor CPU编号
进程状态字段说明
R ： running ，运行中
S ： interruptable sleeping，可中断的睡眠状态
D ： uninterruptable sleeping，不可中断的睡眠状态
T ： stopped，停止态
Z ： zombie，僵尸态
+ ： 前台进程
I ： Idle kernel thread，CentOS 8 新特性
L ： 内存分页并带锁
N ： 低优先级进程
< ： 高优先级进程
s ： session leader，会话（子进程）发起者
l ： 多线程进程
查看当前终端进程
显示所有所有进程，并列出所属用户
详细格式显示所有进程
显示指定列
显示当前用户所拥有的所有进程
查看进程父子关系
查看指定用户的进程
3、top 命令
用于实时显示系统的运行状况，特别是各个进程的资源和性能使用情况。它提供了一个动态更新的视图，帮助系统管理员和用户监控系统的健康状态。
命令格式
top -hv | -bcEHiOSs1 -d secs -n max -u|U user -p pid(s) -o field -w [cols]
常见选项
-n N ： 刷新多少次后退出
-d N ： 指定刷新时间间隔，默认为3秒
一般选项
-h|v ： 显示帮助
-b ： 显示全部所有进程
-c ： 显示命令信息
-E{k|m|g|t|p|e} ： 指定内存显示单位
-H ： 线程模式
-1 ： 十进制数字1，在首部分别显示每颗CPU信息
-p PID ： 显示指定进程的数据
-u|U user ： 查看指定用户的进程
-w cols ： 指定输出内容显示宽度
交互命令
手动刷新：在top运行时，可以通过输入回车或空格来手动刷新显示。
退出：按q键可以退出top命令。
排序命令
P或Shift+p：按CPU使用率对进程进行排序。默认是降序排列，再次按键则切换为升序。
M或Shift+m：按内存使用量RES对进程进行排序。默认是降序排列，再次按键则切换为升序。在计算机系统中，RES（Resident Set Size）即常驻集大小，是指进程实际占用的物理内存大小
N：按进程ID排序 - 降序。
T：按运行时间TIME或累积时间对任务排序。
o或Shift+o：设置排序的关键字，可以根据需要选择不同的排序依据。
进程操作命令
k：杀死指定的进程。系统会提示输入进程号和要发送的信号，默认信号是SIGTERM。如果要强行杀死进程，可以输入SIGKILL（信号编号为9）。
r：改变某个进程的优先级。需要输入进程号和新的nice值，最后按Enter
显示设置命令
c：切换是否显示每个进程的完整命令行。
f或Shift+f：进入或离开自定义显示字段模式，可以添加或移除显示的列。
d：改变两次屏幕刷新之间的延时时间。
t：显示当前时间、系统运行时间以及空闲/繁忙周期，尤其是图形比例图。
i：开启或关闭忽略闲置（idle）和僵死（zombie）进程的显示。
视图切换命令（0、1、2、3：在不同视图间切换。）
按 0：显示所有 CPU 核心的总占用率。将所有 CPU 核心的使用率合并显示为一个整体，适用于快速查看系统整体 CPU 负载，不关注单个核心的情况。
按 1：显示每个 CPU 核心的占用率（最常用）。将每个 CPU 核心的使用率单独列出，用于排查 CPU 负载是否均衡，或定位某个核心高占用的进程（如多核 CPU 中某核心被压满）。按两次1表示恢复到0的状态。
按 2：切换 SMP（对称多处理）模式显示。当系统启用 SMP 时，控制是否将 CPU 核心分组显示（通常与1配合使用）。该按键在现代系统中使用较少，默认状态下已自动适配多核显示。按两次2表示恢复到0的状态。
按 3：切换 CPU 时间统计方式（用户态 / 内核态）。控制是否突出显示用户态（us）和内核态（sy）的 CPU 时间占比。部分top版本可能不支持该按键，或功能被整合到其他操作中。
查看状态
5秒刷新一次
显示指定用户进程
显示进程具体的命令
