linux进程与服务

进程基本概念

1.进程：进程是程序的基本组成单位

2.应用程序：应用程序是以进程作为基本单位进行

3.服务：其是一种特殊的应用程序

4.程序和进程的区别：程序的静态的，进程是程序运行的动态过程，相同的程序在不同的数据下进程就是不同的（比如游戏不同账号的内容不同，就是进程不同），进程还具有并发性和交往性，但程序是封闭的

5.进程和线程的区别：进程可以有多个线程，一个线程只能被一个进程拥有，线程不可单独执行，但每一个线程都有程序的入口，只有组成进程才能被执行

一、进程的组成

进程数据块

作用：操作系统管理进程的“灵魂”数据结构。存储进程的许哦有状态信息，是进程存在的唯一标志

1.基本标识：

进程ID（PID）：唯一标识符，用于区分系统中所有进程

父进程ID（PPID）：记录创建当前进程的父进程ID，形成树结构

2.运行状态：

记录进程当前状态（运行、就绪、阻塞）及状态转换所需条件（比如等待I/O完成）

3.资源信息：

CPU相关：当前CPU寄存器值，（程序寄存器PC、通用寄存器值等，用于中断后恢复执行）

内存管理：进程虚拟地址空间范围、页表指针(关联物理内存映射)

• • 文件描述符表：记录进程打开的文件、网络连接等资源句柄。

4.调度信息

• • 进程优先级、调度算法所需参数（如时间片剩余值）。

5.进程间通信（IPC）

• • 记录进程参与的共享内存、消息队列、信号量等 IPC 资源信息。

二、程序段（Text Segment）本质：进程执行的二进制代码（可执行文件的机器指令集合）

特点：

• 只读性：通常为只读，防止程序运行中被意外修改（保证代码执行的稳定性）。
• 可共享：多个进程可共享同一程序段（如多个终端同时运行同一个文本编辑器），节省内存空间。
• 与地址空间关联：加载到进程虚拟地址空间的只读区域，通过 CPU 的指令指针（PC）按顺序执行。

三、数据段（Data Segment）作用：存储进程运行时的静态数据，即生命周期内持续存在的数据。

分类及内容：

1. 初始化数据段（Initialized Data Segment）

• • 已初始化的全局变量：如int global_var = 10;，在程序加载时由操作系统分配固定内存并赋值。
  • 静态变量：函数内声明的static变量（如static int count = 0;），生命周期与进程一致。

1. 未初始化数据段（BSS Segment）

• • 未初始化的全局 / 静态变量：如int uninitialized_var;，程序加载时由系统自动初始化为 0 或空指针。与程序段的区别：数据段可读写，且不同进程实例（如同一程序的多个运行副本）拥有独立的数据段，互不干扰。

四、堆栈段（Stack and Heap Segment）

1. 栈（Stack）功能：管理进程运行时的局部数据，遵循 ** 后进先出（LIFO）** 原则。

存储内容：

• 函数调用信息：
  • 局部变量（非静态）：如函数内声明的int a = 5;。
  • 函数参数：传递给被调用函数的输入值。
  • 返回地址：记录函数调用结束后应返回的下一条指令位置。
• 栈帧（Stack Frame）：每个函数调用对应一个栈帧，包含上述信息，函数执行结束后栈帧自动销毁（内存释放由系统自动管理）。特点：
• 自动管理：内存分配和释放由编译器和操作系统自动完成，无需程序员干预。
• 大小固定：通常有固定上限（如 Linux 默认栈大小约 8MB），递归过深易引发 “栈溢出” 错误。

2. 堆（Heap）功能：

动态分配内存的区域，用于程序运行时申请不确定大小的内存块（如通过

malloc/

new创建对象）。

特点：

• 手动管理：程序员需显式申请（malloc/new）和释放（free/delete）内存，若未释放会导致内存泄漏。
• 空间灵活：理论上可扩展至进程虚拟地址空间的上限（受限于系统内存和进程权限）。
• 非连续分配：内存块在堆中不要求连续，通过链表或索引结构管理空闲块。

五、进程组成的逻辑关系

进程创建

进程由父进程创建，创建子进程的函数有很多，fork、exec、clone等，fork最常见

由父进程执行fork函数，新建的进程为子进程，PID为进程ID，PPID为父进程ID

0号进程

0号进程是linux系统首先启动的进程，由于其task_struct的comm字段为swapper，所以也称为swapper进程。当系统所有进程起来时，0号进程就蜕化为idle进程 ，当cpu无进程可执行就会执行idle，所以查看cpu进程时，idle%作为CPU空闲状态占比

1号进程

又称为init进程，Systemd是使用最多的init进程，它作为1号进程在操作系统中管理用户的进程，垃圾回收等动作

2号进程

由0号进程创建，是所有内核进程的父进程

Daemon后台运行进程也称为守护进程，守护进程就是父进程创建完子进程后，在子进程未退出前就直接退出，子进程成为孤儿进程，被init进程接管

linux系统启动过程

1.打开电源

2.从非易失性内存加载，执行加电自检（post），检测硬件基础啊状态

3.检测设备：识别硬盘、主板等硬件、为启动做准备

4.选择启动设备：从硬盘、光驱等选择

5.读取/etc/grup2.cfg文件，加载内核与依赖库，引导系统

6.启动systemd，用户首个进程，负责初始化和服务管理

7.通过default.target、multi-user.target （多用户模式），定义启动状态和服务集合

8.执行/systemd-logind（用户登陆管理）、etc/profile（系统环境配置）、~/.bashrc(用户Shell配置)等脚本

9.启动完成，可以登录

进程状态机

进程一般有三个状态运行、就绪、阻塞

1.运行态：进程具有运行条件，且正在使用CPU

2.就绪态：进程具有运行条件，等待系统分配cpu就可运行

3.阻塞态：进程缺乏某种运行条件，就算有空闲的CPU，进程也不能运行（cpu资源已释放）

注意：三种状态中，运行态和就绪态可以相互转换，运行态和阻塞态、阻塞态和就绪态只能单向转换。

R:正在运行或者正在就绪队列

S:可中断阻塞状态，除等待资源到位还可以被其他进行的信号唤醒

D：不可中断阻塞状态，只能被等待的资源唤醒，一般由于进程依赖I/O读写事件，但其发生异常(一般为硬盘)，所以此时应该检测你的硬盘状态

Z：僵尸状态，进程结束但未消亡的一种状态，占用进程表项和pid，不占用cpu资源

T:进程已被停止，通常是由于用户或其他进程发出的信号，可通过另一信号返回运行态

T:正在调试的进程也显示为T暂停

N:低优先级进程

+：前台进程组进程

l:多线程进程

s:会话进程首进程 包含子进程

僵尸进程

进程调用exit函数后结束进程，但未真正销毁，形成一个僵尸进程的数据结构。其不占用cpu资源，但占用进程表项和pid，不可被执行，调度

查看僵尸进程

ps aux | grep python

显示Z的进程即为僵尸进程

top

其输出的第二行的最后一个zombie即为僵尸进程数

僵尸进程危害

占用进程表项、pid

由于linux系统中pid有限，当僵尸进程太多则会是系统无法产生新的进程由于pid被耗尽（类似于前面我们提到的inode编号，系统提示没有空间创建文件时，可能时block用尽，及磁盘空间用尽，还有一种可能就时inode编号耗尽）

处理僵尸进程

1.杀死父进程，让父进程带走僵尸进程

2.若父进程无法带走，就用kill -HUP 将其挂起。使其不在占用资源

孤儿进程

指父进程结束子进程还在进行，其子进程就被称为孤儿进程，但其会被init进程接管，调用wait（）或者waidpid（）回收孤儿进程，所以孤儿进程并不是一个问题

进程信息查看和管理

ps 列出当前的进程以及详细信息

用户识别符（uid）

进程识别符（pid）

cpu已经运行时间

进程在各个位置内存的分配

进程的位置

当前进程状态

常用参数

petree查询进程树

可将所有进程以树状图输出

pidof查询pid

pidof 进程名

可输出相关进程的pid

pgrep查询pid

pgrep 进程名

逐行输出pid

losf查看打开的套接字

losf访问核心文件所以只有root用户运行才能实现其完整功能

top进程实时信息监控

top

常用参数

-d 秒数 指定几秒更新

-n 次数 指定更新几次结束

-b 使用批处理模式，将命令重定向到文件中

-p 指定pid 只看某个进程的信息

-s 在安全模式下执行，避免在交互模式中出现错误

-u 指定uid 只监听某用户的进程

？/h 提供帮助

P： 以cpu使用率排序

M：以内存使用率排序

N:以PID排序

T:以cpu累计运行时间排序，time+

k:用于给进程信号，一般用于杀死进程 k pid （-9/15） 终止进程

r：按照PID给某个进程重新设置优先级

q:退出top

下面是top输出相关信息详解

free查看内存使用

vmstat 查询内存磁盘cpu

vmstat 2 5 （每2秒刷新一次，5次后退出）

常用参数

-s （显示内存）

-d （查看磁盘）

ps进程内存占用查询

ps auxk -%mem （根据MEM的使用率进行倒序排序）

vsz:虚拟内存，包括代码、数据、共享库等，所以通常比进程正在使用的物理内存大的多

RSS：较为精确的进程内存使用，仅计算RAM（随机存储器）中的内存

fg与bg

fg将后台工作恢复到前台运行

fg %工作号

bg让后台暂停的进程继续运作

bg %工作号

（注意工作号不是pid）

systemd

linux系统中，内核初始化后首先执行init（sysvinit、uostart、systemd），所有进程都由init直接或间接进行创建并运行，init以守护进程的身份存在，负责组织与运行相关初始化相关工作，让系统进入定义好的运行模式

systemd是进程服务总称，其控制管理系统的资源，systemd-login负责用户登录的信息创建、删除、修改等等

进程调度

解决问题

1.调度时机 进程正常终止、新进程创建、进程由运行变阻塞、由运行变就绪态

2.调度过程 加载新地址空间、切换内核栈和硬件上下文

3.调度算法

进程优先级

数字越小优先级越高

0-99 ：实时优先级，内核调整

100-139：静态优先级、用户可控制

优先级越高，获得cpu运行机会更多、运行时间更多

系统进程停止命令

kill all（指定名称杀死进程）

yum install psmisc -y

killall -参数 进程名

pkill与kill 基本相同，用进程名杀死进程

不加参数则杀死所有有关进程名的进程