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【Gold菜鸟】Linux知识回忆（8）——进程和计划任务

作者：我家小花儿 | 2024-08-05 17:46:05

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【Gold菜鸟】Linux知识回忆（8）——进程和计划任务

前言

这部分让我们来继续了解Linux中进程和计划任务的相关知识吧~

相关技术交流欢迎添加VX: wenjinworkon

目录

 进程和内存管理

什么是进程

进程结构

进程相关概念

物理地址空间和虚拟地址空间

用户和内核空间

进程使用内存问题

进程状态

内存淘汰数据机制：LRU算法

IPC 进程间通信

进程优先级

进程分类

 

 进程和内存管理

内核的功能：进程管理、内存管理、文件系统、网络功能、驱动程序、安全功能等

什么是进程

Process：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，是操作系统结构的基础。

        通俗来说：就是程序被加载到内存中，程序一旦被运行就成为了进程。

  • 进程ID（Process ID，PID）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
  • 通常从执行进程的用户来继承
  • 存在声明周期

在Linux中，第一个进程为systemd（init CentOS6之前），所有的进程都由父进程产生。

进程、线程

进程

进程是系统中正在运行的一个程序，程序一旦运行就是进程。

进程可以看成程序执行的一个实例。进程是系统资源分配的独立实体，每个进程都拥有独立的地址空间。一个进程无法访问另一个进程的变量和数据结构，如果想让一个进程访问另一个进程的资源，需要使用进程间通信，比如管道，文件，套接字等。

线程

线程是进程的一个实体，是进程的一条执行路径。

线程是进程的一个特定执行路径。当一个线程修改了进程的资源，它的兄弟线程可以立即看到这种变化。

进程、线程区别

一个进程可以拥有多个线程，每个线程使用其所属进程的栈空间。线程与进程的一个主要区别是，统一进程内的一个主要区别是，同一进程内的多个线程会共享部分状态，多个线程可以读写同一块内存（一个进程无法直接访问另一进程的内存）。同时，每个线程还拥有自己的寄存器和栈，其他线程可以读写这些栈内存。

查看进程中线程的方法

grep -i threads /proc/PID/status

进程结构

内核把进程存在任务队列（task list）的双向循环链表中

链表中的每一项都是类型为task_struct，称为进程块（Processsing Control Block）,PCB中包含一个具体进程的所有信息

 进程控制块PCB包含信息

  • 进程id、用户id和组id
  • 程序计数器
  • 进程的状态（有就绪、运行、阻塞）
  • 进程切换时需要保存和恢复的CPU寄存器的值
  • 描述虚拟地址空间的信息
  • 描述控制终端的信息
  • 当前工作目录
  • 文件描述符表，包含很多指向file结构体的指针
  • 进程可以使用的资源上限（ulimit -a 命令可以查看）
  • 输入输出状态：配置进程使用I/O设备

进程相关概念

Page Frame：页框，用存储页面数据，存储Page 4K

  1. [root@centos8 ~]#getconf -a |grep -i size
  2. PAGESIZE         4096
  3. PAGE_SIZE        4096
  4. SSIZE_MAX        32767
  5. _POSIX_SSIZE_MAX 32767
  6. _POSIX_THREAD_ATTR_STACKSIZE 200809
  7. FILESIZEBITS 64
  8. POSIX_ALLOC_SIZE_MIN 4096
  9. POSIX_REC_INCR_XFER_SIZE
  10. POSIX_REC_MAX_XFER_SIZE
  11. POSIX_REC_MIN_XFER_SIZE 4096
  12. LEVEL1_ICACHE_SIZE 65536
  13. LEVEL1_ICACHE_LINESIZE 64
  14. LEVEL1_DCACHE_SIZE 32768
  15. LEVEL1_DCACHE_LINESIZE 64
  16. LEVEL2_CACHE_SIZE 524288
  17. LEVEL2_CACHE_LINESIZE 64
  18. LEVEL3_CACHE_SIZE 16777216
  19. LEVEL3_CACHE_LINESIZE 64
  20. LEVEL4_CACHE_SIZE 0
  21. LEVEL4_CACHE_LINESIZE 0
  22.

物理地址空间和虚拟地址空间

MMU：Memory Management Unit 负责虚拟地址转换为物理地址

程序在访问一个内存地址指向的内存时，CPU并不是直接把这个地址送到内存总线上，而是被送到MMU，然后把这个内存地址映射到实际的虚拟内存地址上，然后通过总线再去访问内存，程序操作的地址称为虚拟内存地址

MMU：Memory Management Unit 负责虚拟地址转换为物理地址

用户和内核空间

 

进程使用内存问题

内存泄漏：指程序申请（malloc、new）了一块内存，但是没有用相应的操作（free、delete）将内存释放，导致这个内存一直处于占用状态

内存溢出：指给程序申请了10M的空间，但是在这个空间写入10M以上的字节数据，就是溢出

内存不足：内存耗尽，Linux会选一个进程kill掉，可在messages中看到提示

解决方法：

  1. #调整参数,不允许内存申请过量
  2. echo 2 > /proc/sys/vm/overcommit_memory
  3. echo 80 > /proc/sys/vm/overcommit_ratio
  4. echo 2 > /proc/sys/vm/panic_on_oom

Linux默认是允许memory overcommit的，只要你来申请内存我就给你，寄希望于进程实际上用不到那么多内存，但万一用到那么多了呢？Linux设计了一个OOM killer机制挑选一个进程出来杀死以腾出部分内存，如果还不够就继续。也可通过设置内核参数 vm.panic_on_oom 使得发生OOM时自动重启系统。这都是有风险的机制，重启有可能造成业务中断，杀死进程也有可能导致业务中断。所以Linux 2.6之后允许通过内核参数 vm.overcommit_memory 禁止memory overcommit。

vm.overcommit_memory取值方式：

  1. 0 – Heuristic overcommit handling. 这是缺省值，它允许overcommit，但过于明目张胆的
  2. overcommit会被拒绝，比如malloc一次性申请的内存大小就超过了系统总内存。Heuristic的意思是“试探
  3. 式的”，内核利用某种算法猜测你的内存申请是否合理，它认为不合理就会拒绝overcommit。
  4. 1 – Always overcommit. 允许overcommit，对内存申请来者不拒。内核执行无内存过量使用处理。使
  5. 用这个设置会增大内存超载的可能性，但也可以增强大量使用内存任务的性能。
  6. 2 – Don’t overcommit. 禁止overcommit。 内存拒绝等于或者大于总可用 swap 大小以及
  7. overcommit_ratio 指定的物理 RAM 比例的内存请求。如果希望减小内存过度使用的风险，这个设置就是
  8. 最好的。

进程状态

进程的基本状态

  1. 创建状态：进程在创建时需要申请一个空白PCB(process control block进程控制块)，向其中填写
  2. 控制和管理进程的信息，完成资源分配。如果创建工作无法完成，比如资源无法满足，就无法被调度运行，把此时进程所处状态称为创建状态
  3.  
  4. 就绪状态：进程已准备好，已分配到所需资源，只要分配到CPU就能够立即运行
  5.  
  6. 执行状态：进程处于就绪状态被调度后，进程进入执行状态
  7.  
  8. 阻塞状态：正在执行的进程由于某些事件（I/O请求，申请缓存区失败）而暂时无法运行，进程受
  9. 到阻塞。在满足请求时进入就绪状态等待系统调用
  10.  
  11. 终止状态：进程结束，或出现错误，或被系统终止，进入终止状态。无法再执行

相互关系

  1. 运行——>就绪：1，主要是进程占用CPU的时间过长，而系统分配给该进程占用CPU的时间是有限的；
  2. 2，在采用抢先式优先级调度算法的系统中,当有更高优先级的进程要运行时，该进程就被迫让出CPU，
  3. 该进程便由执行状态转变为就绪状态
  4. 就绪——>运行：运行的进程的时间片用完，调度就转到就绪队列中选择合适的进程分配CPU
  5. 运行——>阻塞：正在执行的进程因发生某等待事件而无法执行，则进程由执行状态变为阻塞状态，如发
  6. 生了I/O请求
  7. 阻塞——>就绪:进程所等待的事件已经发生，就进入就绪队列
  8.  
  9. 以下两种状态是不可能发生的：
  10. 阻塞——>运行：即使给阻塞进程分配CPU，也无法执行，操作系统在进行调度时不会从阻塞队列进行挑
  11. 选，而是从就绪队列中选取
  12. 就绪——>阻塞：就绪态根本就没有执行

Linux中的进程状态

  • 运行态：running
  • 就绪态：ready
  • 睡眠态：可中断：interruptable，不可中断：uninterruptable
  • 停止态：stopped，暂停与内存，不会被调度，除非手动启动
  • 僵尸态：zomibe，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭，可通过杀死父进程关闭僵尸态的子进程

僵尸态

  1. [root@centos8 ~]#bash
  2. [root@centos8 ~]#echo $BASHPID
  3. 1809
  4. [root@centos8 ~]#echo $PPID
  5. 1436
  6. #将父进程设为停止态
  7. [root@centos8 ~]#kill -19 1436
  8. #杀死子进程，使其进入僵尸态
  9. [root@centos8 ~]#kill -9 1809
  10. [root@centos8 ~]#ps aux #可以看到上面图示的结果，STAT为Z，表示为僵尸态
  11. #方法1:恢复父进程
  12. [root@centos8 ~]#kill -18 1436
  13. #方法2:杀死父进程
  14. [root@centos8 ~]#kill -9 1436
  15. #再次观察，可以僵尸态的进程不存在了
  16. [root@centos8 ~]#ps aux

孤儿进程：

如果在子进程在退出前，父进程先退出,这时子进程将成为孤儿进程，因为它的父进程已经死了。孤儿进程会被PID=1的systemd进程收养，成为systemd的子进程.
注意，孤儿进程还会继续运行，而不会随父进程退出而终止，只不过其父进程发生了改变。

  1. [root@rocky8 ~]#(sleep 100)&
  2. [1] 1388
  3. [root@rocky8 ~]#pstree -s `pidof sleep`
  4. systemd───sshd───sshd───sshd───bash───sleep
  5. #利用()实现当前shell的子进程,&实现后台执行,子进程结束后
  6. [root@rocky8 ~]#(sleep 100 &)
  7. [root@rocky8 ~]#pstree -s `pidof sleep`
  8. systemd───sleep
  9. [root@rocky8 ~]#cat orphan.sh
  10. #!/bin/bash
  11. ping 127.0.0.1 &
  12. echo game over
  13. [root@rocky8 ~]#bash orphan.sh
  14. [root@rocky8 ~]#pstree -s `pidof ping`
  15. systemd───ping

内存淘汰数据机制：LRU算法

喜新厌旧，释放内存

IPC 进程间通信

IPC：Inter Process Communication

同一台主机：

  1. pipe         管道，单向传输
  2. socket        套接字文件，双向通信
  3. Memory-maped file 文件映射，将文件中的一段数据映射到物理内存，多个进程共享这片内存
  4. shm shared memory 共享内存
  5. signal 信号
  6. Lock 对资源上锁，如果资源已被某进程锁住，则其它进程想修改甚至读取这些资源，都将被阻
  7. 塞，直到锁被打开
  8. semaphore 信号量，一种计数器

不同主机：IP和端口号

进程优先级

优先级范围描述
0-99实时进程
100-139非实时进程

注意：越靠左，优先级越高

进程分类

  • 守护进程：daemon，在系统引导过程中启动的进程，和终端无关
  • 前台进程：和终端有关，通过终端启动的进程

可以相互转化

总结：

这样我们就初步了解Linux进程和内存管理相关特性了，欢迎添加VX: wenjinworkon

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