进程和内存管理

 

目录

一.进程的基本信息

1.1进程的定义

1.2进程的特征

1.3进程的组成

1.4线程产生的背景 

1.5线程的定义

1.6进程与线程的区别 

 1.7进程的类别

1.8进程的优先级 

1.8.1进程优先级的概念

1.8.2PRI和NI

 1.9僵尸进程

  1.9.1僵尸进程的定义

1.9.2僵尸进程产生的原因

1.9.3如何解决僵尸进程

二.查看进程 

2.1静态查看进程信息 ps命令

2.1.1ps aux

2.1.2ps -le

2.1.3ps -l

2.1.4ps -ef 

 2.1.4 -o的使用

2.1.5  [选项]--sort的使用 

2.2动态查看进程信息 top命令 

2.2.1top命令显示的界面的组成

2.2.2top命令的选项

2.2.3top命令的交互界面

2.3 以树状结构显示当前系统中运行的进程 pstree

2.4 查看指定的进程信息 

2.4.1根据PID查程序名 prtstat

2.4.2根据程序名查PID pgrep和pidof

2.5 监控系统资源 vmstat

1. Procs（进程）

2. Memory

3. Swap（交换分区）

4. I/O（磁盘）

5. System（系统）

6. CPU

 三：进程的前后台调度 

 3.1区别

3.2前台和后台程序的切换 

四：结束进程 

4.1kill

4.2killall

五.计划管理工具

5.1计划管理工具的定义

5.2at命令

5.2.1定义

5.2.2格式

5.2.3例子

5.3crontab工具 

5.3.1定义

5.3.2格式

六.怎么查看操作系统的五大性能

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一.进程的基本信息

1.1进程的定义

运行中的程序的一个副本，是被载入内存的指令集合，是资源分配的单位。

1.2进程的特征

动态性：进程是程序的一次动态执行过程，具有生命周期（创建、运行、终止）。

并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行。

独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。

结构性：由程序、数据集合和进程控制块（PCB）三部分组成。

1.3进程的组成

1. 程序：用于描述进程要完成的功能，是控制进程执行的指令集。
2. 数据集合：是程序在执行时所需要的数据和工作区。
3. 程序控制块(Program Control Block，简称PCB)：包含进程的描述信息和控制信息，是进程                                                                                   存在的唯一标志。

1.4线程产生的背景 

早期操作系统中，进程是资源分配和调度的最小单位。但随着应用复杂度提升，进程切换的开销（如内存隔离、上下文保存）成为性能瓶颈，因此引入了更轻量的线程概念。

1.5线程的定义

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，是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间。

1.6进程与线程的区别 

1. 线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位

2. 一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线

3. 进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间

4. 进程只接收任务， 不处理任务，线程才是干活的那个

题目

如何确定一个程序  是多线程 还是 单线程？

grep -i threads /proc/[PID]/status  # 查看指定进程的线程数
prtstat [PID]                      # 显示进程详细信息

 1.7进程的类别

1. 守护进程：完全脱离终端；独立于用户会话运行，系统重启或显式终止才会结束。

2. 前台进程： 直接与用户终端（如命令行界面）绑定，接收用户输入并实时输出结果；生命周期与终端会话绑定，终端关闭时进程会被终止；与守护进程相比，前台进程可能被系统分配更高优先级以保证响应速度。

1.8进程的优先级 

1.8.1进程优先级的概念

进程优先级是操作系统调度资源的依据，决定了进程获取CPU时间的顺序。优先级越高，进程越容易被调度执行。

1.8.2PRI和NI

在 Linux 系统中，表示进程优先级的有两个参数：Priority 和 Nice

1. PRI（Priority）：直接表示进程优先级，数值越小优先级越高。

2. NI（Nice）：调整PRI的修正值，范围通常为−20到19。通过nice值可间接影响优先级，例如：

   PRI新值=PRI原值+NI值

   NI值为负时提高优先级，为正时降低优先级。

ps axo pid,comm,ni  //查看[root@centos8 ~]#nice -n -10 ping 127.0.0.1//将进程的 nice值 设为 −10[root@centos7 ~]#renice -n -20 2118//将进程的nice值调整为 -20//注意：普通用户只能调高 NI 值，而不能降低，只有 root 用户才能设定进程 NI 值为负值

 1.9僵尸进程

  1.9.1僵尸进程的定义

僵尸进程是指 已经终止运行（Exit），但其退出状态（Exit Status）尚未被父进程（Parent Process）回收 的进程。在 Linux/Unix 系统中，僵尸进程仍然占用一个 进程表项（Process Table Entry）。

1.9.2僵尸进程产生的原因

僵尸进程的产生主要有 两个根本原因，都与 父进程未能正确处理子进程的退出状态 有关

1. 子进程终止后，父进程没有调用 wait() 或 waitpid() 来读取子进程的退出状态

2.  父进程异常终止，未正确移交子进程给 init

1.9.3如何解决僵尸进程

[root@centos7 ~]#bash                 //进入子 Shell[root@centos7 ~]#echo $BASHPID      //打印当前Bash shell的进程ID（这里是1809）
1809
[root@centos7 ~]#echo $PPID          //打印其父进程ID（这里是1436）
1436
#将父进程设为停止态
[root@centos7 ~]#kill -19 1436      //杀死子进程，使其进入僵尸态[root@centos7 ~]#kill -9 1809      //向当前shell(1809)发送SIGKILL信号(9)，强制终止当前shell[root@centos7 ~]#ps aux            //查看进程状态，检查是否有僵尸进程，STAT为Z，表示为僵尸态[root@centos7 ~]#kill -18 1436    //若是父进程未调用 wait()而产生的僵尸进程,则向父进程(1436)发 送SIGCONT信号(18)，恢复被暂停的父进程[root@centos7 ~]#kill -9 1436      //若父进程异常终止未传递子进程，则向父进程(1436)发送SIGKILL 信号(9)，强制终止父进程[root@centos7 ~]#ps aux           //再次观察，可以发现僵尸态的进程不存在了

二.查看进程 

2.1静态查看进程信息 ps命令

ps 即 process state，是用于查看当前运行的进程信息的命令。

格式：ps [选项]

选项	功能
-a	显示当前终端下的所有进程信息，包括其他用户的进程。与“x”选项结合时将示系统中所有的进程信息。
-u	使用以用户为主的格式输出进程信息。
-x	显示当前用户在所有终端下的进程信息。
-e	显示系统内的所有进程信息。
-l	使用长（Long）格式显示进程信息。
-f	使用完整的（Full）格式显示进程信
[选项]--sort	对属性排序,属性前加 - 表示倒序
-o	用于 自定义输出，允许你只显示特定的进程信息字段

2.1.1ps aux

显示系统中所有用户的进程

 了解

TTYtty1 ~ tty7 代表本地控制台终端（可以通过 Alt+F1 ~ F7 快捷键切换不同的终端）
tty1~tty6 是本地的字符界面终端
tty7 是图形终端
pts/0 ~ 255 代表虚拟终端，一般是远程连接的终端，第一个远程连接占用 pts/0，第二个
远程连接占用 pts/1，？代表和终端无关

STAT 组合状态示例
状态码	解释
Ss	会话领导者（如 bash），处于可中断睡眠状态。
Rl	多线程进程（如 java），正在运行或可运行。
D<	高优先级的不可中断睡眠进程（如内核磁盘 I/O 操作）。
S+	前台进程（如 vim），处于可中断睡眠状态。
Z	僵尸进程（需父进程调用 wait() 回收资源）。

2.1.2ps -le

可以查看系统中所有的进程，而且还能看到进程的父进程的 PID 和进程优先级

 了解：

F 值	含义
0	普通进程，无特殊标志。
1	进程刚被 fork() 但尚未执行新程序（如 bash 启动的子进程）。
4	进程以 root 权限运行（如 sudo 启动的进程）。
40	进程是会话领导者（如 sshd 或终端 shell）。
41	会话领导者 + 刚 fork()（如 sshd 新创建的会话）。
100	进程被调试器（如 gdb）附加。

2.1.3ps -l

只能看到当前 Shell 产生的进程

2.1.4ps -ef 

要注意区分与ps aux的区别

ps -ef 是 UNIX System V 风格 的命令格式，与 BSD 风格（如 ps aux）形成鲜明对比

3. 与 BSD 风格（ps aux）的关键区别

对比项	UNIX 风格（ps -ef）	BSD 风格（ps aux）
选项前缀	必须加 -（如 -e、-f）	无 -（直接写 aux）
用户显示	UID（数字）	USER（用户名）
CPU/内存	无默认列，需手动指定（如 ps -eo %cpu,%mem）	默认显示 %CPU 和 %MEM
命令行信息	CMD（短格式），-f 显示完整命令	默认显示完整 COMMAND
进程树	ps -ejH	ps axjf

 2.1.4 -o的使用

格式；ps -o <字段1>,<字段2>,<字段3>...

 例子：

2.1.5  [选项]--sort的使用 

作用：用于 按指定字段对进程列表进行排序，帮助快速识别高资源占用的进程或特定状态的进程

ps [选项] --sort=[+|-]字段名+字段名：升序排序（默认，可省略 +）。-字段名：降序排序（如 -%cpu 表示 CPU 占用从高到低）。多字段排序：用逗号分隔（如 --sort=-%cpu,%mem）

例子：

2.2动态查看进程信息 top命令 

top是 Linux 系统中一个 实时动态监控系统进程和资源占用 的交互式工具，比 ps 更直观，适合实时观察 CPU、内存、负载等关键指标

2.2.1top命令显示的界面的组成

界面主要分为两部分：

1. 系统汇总信息（顶部前5行）

   • 系统运行时间、用户数、负载均衡（Load Average）、CPU/内存使用率等。

2. 进程列表（下方）

   • 实时更新的进程状态（默认按 CPU 占用排序）。

如下图所示： 

 系统汇总信息 （顶部前5行） 

第一行：系统运行时间与负载

内 容	说 明
13:43:55	系统当前时间
up 1:57	系统的运行时间1小时57分钟
4 users	当前登录了四个用户
load average: 0.00,0.00，0.00	系统在之前 1 分钟、5 分钟、15 分钟的平均负载

 第二行：任务（进程）状态

内 容	说 明
Tasks: 216 total	系统中的进程总数
1 running	正在运行的进程数
215 sleeping	睡眠的进程数
0 stopped	正在停止的进程数
0 zombie	僵尸进程数。如果不是 0，则需要手工检查僵尸进程

第三行：CPU使用率

字段	含义
us	用户空间 CPU 占用（如应用程序运算）。
sy	内核空间 CPU 占用（如系统调用、中断处理）。
ni	低优先级进程（nice值>0）占用的CPU。
id	空闲CPU百分比（越高说明系统负载越轻）。
wa	I/O等待（高值说明磁盘或网络瓶颈）。
hi/si	硬件/软件中断占用（通常接近0）。
st	虚拟机偷取时间（若>10%，说明宿主物理机资源不足）

第四行：物理内存（RAM）

字段	含义
total	内存总量（单位：MiB）。
free	完全未使用的内存（Linux会充分利用空闲内存缓存数据，此值低未必是问题）。
used	已使用的内存（含应用程序和缓存）。
buff/cache	缓存和缓冲区内存（可被快速释放供应用程序使用）。

第五行：交换分区（Swap）

字段	含义
total/free/used	Swap分区总量/剩余/使用量（若used持续>0，说明物理内存不足）。
avail Mem	可用内存估算（含未被占用的缓存，更真实反映剩余可用内存）。

 进程列表（动态刷新）

字段含义同ps 命令

2.2.2top命令的选项

选项	作用	示例
-d <秒>	设置刷新间隔时间（默认3秒）。	top -d 1（每秒刷新）
-n <次数>	刷新指定次数后自动退出（适合脚本捕获数据）。	top -n 2（刷新2次后退出）
-b	批处理模式（禁止交互，直接打印结果）。	top -b -n 1 > log.txt
-p <PID>	仅监控指定PID（多个PID用逗号分隔）。	top -p 1234,5678
-u <用户>	仅显示指定用户的进程。	top -u mysql
-c	切换显示完整命令行（启动时直接展开）。	top -c

2.2.3top命令的交互界面

在 top 运行后，可通过按键动态调整：

按键	功能
m	按内存使用率排序（升序）。
T	按运行时间排序（降序）。
N	按PID排序（升序）。
c	按照 CPU 的使用率排序，默认就是此选项
k	终止进程（需输入PID，默认发送SIGTERM）。
r	调整进程优先级（需输入PID和新的nice值）。
h或者？	显示帮助菜单。
q	退出 top。

2.3 以树状结构显示当前系统中运行的进程 pstree

pstree是 Linux 中用于 以树状结构可视化进程父子关系 的命令，比 ps 更直观地展示进程的层次结构。

pstree  //不指定参数：显示整个系统的进程树，以 systemd（或 init）为根节点。pstree [选项] <PID>   //指定 PID：显示该进程及其子进程的子树。pstree [选项] <用户名>  //指定用户名：仅显示该用户的进程树。常用选项
-a	显示启动每个进程对应的完整指令，包括启动进程的路径、参数等
-p  显示PID
-T  不显示线程thread,默认显示线程
-u  显示用户切换
-H  pid 高亮显示指定进程及其前辈进程

2.4 查看指定的进程信息 

2.4.1根据PID查程序名 prtstat

例子：查找PID=10268的进程信息

2.4.2根据程序名查PID pgrep和pidof

选项	作用
-l	同时输出进程名（否则仅输出 PID）。
-u	按用户名过滤（如 -u root）。
-a	显示完整格式的进程名。
-p pid	显示指定进程的子进程。

例子： 

[root@test ~]# pgrep -l "log"    //显示进程名
435 xfs-log/dm-0
713 xfs-log/sda1
790 xfs-log/md5
877 systemd-logind
885 abrt-watch-log
886 abrt-watch-log
890 rsyslogd[root@localhost ~]#pidof nginx   //查看  nginx进程的 pid 号
22142 22002

2.5 监控系统资源 vmstat

vmstat（Virtual Memory Statistics）是 Linux 系统中用于 监控系统资源使用情况 的命令行工具，主要报告 内存、进程、CPU 活动、磁盘 I/O 等关键指标。

1. Procs（进程）

字段	含义
r	运行队列中的进程数（正在运行或等待 CPU 的进程，若持续 > CPU 核心数，说明 CPU 饱和）。
b	不可中断睡眠的进程数（通常因 I/O 阻塞，如磁盘读写）。

2. Memory

字段	含义
swpd	已使用的 交换分区（Swap） 大小。
free	空闲的物理内存。
buff	用作 缓冲区 的内存（缓存文件元数据）。
cache	用作 页面缓存 的内存（缓存文件内容）。

3. Swap（交换分区）

字段	含义
si	从磁盘换入内存 的数据量（KB/s，高值说明内存不足）。
so	从内存换出到磁盘 的数据量（KB/s，高值说明内存不足）。

4. I/O（磁盘）

字段	含义
bi	从块设备读取 的块数（Blocks/s，如磁盘读操作）。
bo	写入块设备 的块数（Blocks/s，如磁盘写操作）。

5. System（系统）

字段	含义
in	每秒中断次数（包括时钟中断）。
cs	每秒上下文切换次数（进程/线程切换，高值可能因过多线程或锁竞争）。

6. CPU

字段	含义
us	用户空间 CPU 时间（应用程序运算）。
sy	内核空间 CPU 时间（系统调用、中断处理）。
id	空闲 CPU 时间。
wa	I/O 等待时间（高值说明磁盘瓶颈）。
st	虚拟机偷取时间（若 >10%，物理机资源不足）。

 三：进程的前后台调度 

 3.1区别

特性	前台进程	后台进程
终端控制权	占用当前终端，用户无法输入其他命令，直到进程结束。	不占用终端，启动后立即返回 Shell，用户可继续操作。
适用场景	需要交互的命令（如 vim、passwd）。	长时间运行的任务（如编译、下载），并行运行

3.2前台和后台程序的切换 

Linux 前后台任务管理
├── **后台启动**
│   └── `命令 + &`（例：`python script.py &`）
├── **查看任务**
│   └── `jobs -l`（显示任务编号与进程ID）
├── **前后台切换**
│   ├── 前台转后台：`Ctrl+Z` → `bg %任务编号`
│   └── 后台转前台：`fg %任务编号`
├── **任务控制**
│   ├── 暂停任务：`Ctrl+Z`
│   └── 恢复后台运行：`bg %任务编号`
└── **终止任务**└── `kill %任务编号` 或 `kill 进程ID`

四：结束进程 

4.1kill

kill 命令是 Linux 中用于 向进程发送信号（Signal） 的核心工具，用于终止进程

kill [选项] <PID>  // 通过进程ID发送信号常用信号
-1       重新加载进程-9       强制结束进程-19      暂时停止进程
-18      让进程从停止状态恢复

4.2killall

killall 是 Linux 中用于 按进程名批量终止进程 的命令，相比 kill（需指定 PID），它直接通过进程名称操作，更适合批量管理。

命令格式
killall [选项] [信号] 进程名[选项]
-u  仅终止指定用户的进程
-l  列出可用的信号列表
-i  交互式，询问是否要杀死某个进程
-I  忽略进程名的大小写

五.计划管理工具

5.1计划管理工具的定义

计划管理工具是指通过系统化的方法，帮助个人或组织对任务、资源、时间等要素进行规划、协调、监控和优化的软件或平台。其核心目标是通过结构化流程提升效率，确保项目或任务在既定时间、预算和资源约束下达成目标

5.2at命令

5.2.1定义

 at命令是 Linux 中用于 在指定时间执行一次性任务 的计划任务工具，适合临时安排未来某个时间点运行的命令或脚本。

5.2.2格式

at [选项] 时间  

其中关于时间有绝对时间和相对时间两种计时方式

绝对时间 

• 格式	用法
  HH:MM	比如 04:00 AM。如果时间已过，则它会在第二天的同一时间执行。
  Midnight（midnight）	代表 12:00 AM（也就是 00:00）。
  Noon（noon）	代表 12:00 PM（相当于 12:00）。
  Teatime（teatime）下午茶	代表 4:00 PM（相当于 16:00）。
  英文月名 日期 年份	比如 January 15 2018 表示 2018 年 1 月 15 号，年份可有可无。
  MMDDYY、MM/DD/YY、MM.DD.YY	比如 011518 表示 2018 年 1 月 15 号。

相对时间

now +n minutes-----------从现在起 n 分钟后

now +n hours--------------从现在起 n 小时后

now +n days---------------从现在起 n 天后

now +n weeks-------------从现在起 n 周后

5.2.3例子

at 14:30
at> echo "会议时间到了！" > ~/reminder.txt
at> <按Ctrl+D结束>//这个命令会在下午2:30创建一个提醒文件at now + 5 minutes
at> wall "系统将在5分钟后重启，请保存工作！"
at> <Ctrl+D>//5分钟后执行命令at midnight 12252023
at> /home/user/christmas_script.sh
at> <Ctrl+D>//2023年12月25日午夜执行命令

5.3crontab工具 

5.3.1定义

crontab是 Linux/Unix 系统中用于设置 周期性任务 的工具，允许用户在固定时间、日期或间隔自动执行命令或脚本。与 at（单次任务调度）不同，crontab适用于 重复性任务。

5.3.2格式

crontab [选项]  文件名

选项	说明
-e	编辑当前用户的 crontab 文件
-l	列出当前用户的 crontab 任务
-r	删除当前用户的 crontab 任务（全部删除）
-i	删除前提示确认（配合 -r 使用）
-u user	管理指定用户的 crontab（需 root 权限）

crontab -l   //查看当前用户的crontabcrontab -e   //创建或编辑当前用户的crontab执行此命令后，会打开一个文本编辑器，编辑crontab文件

 crontab时间格式

*    *    *    *    *    command_to_execute
│    │    │    │    │
│    │    │    │    └───── 星期 (0 - 6, 0=周日)
│    │    │    └────────── 月份 (1 - 12)
│    │    └─────────────── 日 (1 - 31)
│    └──────────────────── 小时 (0 - 23)
└───────────────────────── 分钟 (0 - 59)

特殊符号说明

符号	含义	示例
*	任意值（每分钟/每小时等）	* * * * * → 每分钟执行
,	指定多个时间点	0,15,30,45 * * * * → 每 15 分钟执行
-	时间范围	0 9-18 * * * → 9AM-6PM 每小时执行
/	间隔时间	*/5 * * * * → 每 5 分钟执行

 5..3.3例子

# 每天 9AM-6PM，每小时执行一次
0 9-18 * * * /path/to/check_status.sh# 每周一至周五，上午 8:30 执行
30 8 * * 1-5 /path/to/daily_task.sh# 每月 1 号和 15 号，晚上 11:30 执行
30 23 1,15 * * /path/to/monthly_job.sh# 每 10 分钟执行，但仅在工作日（周一到周五）
*/10 * * * 1-5 /path/to/frequent_task.sh

六.怎么查看操作系统的五大性能

1.内存

2.磁盘 磁盘剩余量 磁盘I/O读写性能

3.CPU CPU占用率

4.网络

内存用free；top

磁盘剩余量用df;lsblk;fdisk -l

磁盘读写用iostat;vmstat

CPU用top(实时) ps（静态）

网络 iftop 

系统版本cat /etc/redhat-release

ip地址 ifconfig

内核版本 uname-r