LINUX(十一)Linux程式管理及作業控制

        Linux是一個多工的作業系統，系統上同時執行著多個程式，正在執行的一個或多個相關程式稱為一個作業。使用作業控制，使用者可以同時執行多個作業，並在需要時在作業之間進行切換。本章詳細介紹程式管理及作業控制的命令，包括啟動程式、檢視程式、排程作業的命令。
　　程式及作業的概念
　　Linux是一個多使用者多工的作業系統。多使用者是指多個使用者可以在同一時間使用計算機系統；多工是指Linux可以同時執行幾個任務，它可以在還未執行完一個任務時又執行另一項任務。 作業系統管理多個使用者的請求和多個任務。
　　大多數系統都只有一個CPU和一個主存，但一個系統可能有多個二級儲存磁碟和多個輸入/輸出裝置。作業系統管理這些資源並在多個使用者間共享資源，當您提出一個請求時，給您造成一種假象，好象系統只被您獨自佔用。而實際上作業系統監控著一個等待執行的任務佇列，這些任務包括使用者作業、作業系統任務、郵件和列印作業等。作業系統根據每個任務的優先順序為每個任務分配合適的時間片，每個時間片大約都有零點幾秒，雖然看起來很短，但實際上已經足夠計算機完成成千上萬的指令集。每個任務都會被系統執行一段時間，然後掛起，系統轉而處理其他任務；過一段時間以後再回來處理這個任務，直到某個任務完成，從任務佇列中去除。
　　Linux系統上所有執行的東西都可以稱之為一個程式。每個使用者任務、每個系統管理守護程式，都可以稱之為程式。Linux用分時管理方法使所有的任務共同分享系統資源。我們討論程式的時候，不會去關心這些程式究竟是如何分配的，或者是核心如何管理分配時間片的，我們所關心的是如何去控制這些程式，讓它們能夠很好地為使用者服務。
　　程式的一個比較正式的定義是：在自身的虛擬地址空間執行的一個單獨的程式。程式與程式是有區別的，程式不是程式，雖然它由程式產生。程式只是一個靜態的指令集合，不佔系統的執行資源；而程式是一個隨時都可能發生變化的、動態的、使用系統執行資源的程式。而且一個程式可以啟動多個程式。
　　Linux作業系統包括三種不同型別的程式，每種程式都有自己的特點和屬性。
　　互動程式——由一個shell啟動的程式。互動程式既可以在前臺執行，也可以在後臺執行。
　　批處理程式——這種程式和終端沒有聯絡，是一個程式序列。
　　監控程式（也稱守護程式）——Linux系統啟動時啟動的程式，並在後臺執行。
　　上述三種程式各有各的作用，使用場合也有所不同。
　　程式和作業的概念也有區別。一個正在執行的程式稱為一個作業，而且作業可以包含一個或多個程式，尤其是當使用了管道和重定向命令。例如“nroff -man ps.1|grep kill|more”這個作業就同時啟動了三個程式。
　　作業控制指的是控制正在執行的程式的行為。比如，使用者可以掛起一個程式，等一會兒再繼續執行該程式。shell將記錄所有啟動的程式情況，在每個程式過程中，使用者可以任意地掛起程式或重新啟動程式。作業控制是許多shell（包括bash和tcsh）的一個特性，使使用者能在多個獨立作業間進行切換。
　　一般而言，程式與作業控制相關聯時，才被稱為作業。
　　在大多數情況下，使用者在同一時間只執行一個作業，即它們最後向shell鍵入的命令。但是使用作業控制，使用者可以同時執行多個作業，並在需要時在這些作業間進行切換。這會有什麼用途呢？例如，當使用者編輯一個文字檔案，並需要中止編輯做其他事情時，利用作業控制，使用者可以讓編輯器暫時掛起，返回shell提示符開始做其他的事情。其他事情做完以後，使用者可以重新啟動掛起的編輯器，返回到剛才中止的地方，就象使用者從來沒有離開編輯器一樣。這只是一個例子，作業控制還有許多其他實際的用途。
　　啟動程式
　　鍵入需要執行的程式的程式名，執行一個程式，其實也就是啟動了一個程式。在Linux系統中每個程式都具有一個程式號，用於系統識別和排程程式。啟動一個程式有兩個主要途徑：手工啟動和排程啟動，後者是事先進行設定，根據使用者要求自行啟動。
　　手工啟動
　　由使用者輸入命令，直接啟動一個程式便是手工啟動程式。但手工啟動程式又可以分為很多種，根據啟動的程式型別不同、性質不同，實際結果也不一樣，下面分別介紹。
　　1. 前臺啟動

　　這或許是手工啟動一個程式的最常用的方式。一般地，使用者鍵入一個命令“ls –l”，這就已經啟動了一個程式，而且是一個前臺的程式。這時候系統其實已經處於一個多程式狀態。或許有些使用者會疑惑：我只啟動了一個程式而已。但實際上有許多執行在後臺的、系統啟動時就已經自動啟動的程式正在悄悄執行著。還有的使用者在鍵入“ls –l”命令以後趕緊使用“ps –x”檢視，卻沒有看到ls程式，也覺得很奇怪。其實這是因為ls這個程式結束太快，使用ps檢視時該程式已經執行結束了。如果啟動一個比較耗時的程式:

　　find / -name fox.jpg
　　然後再把該程式掛起，使用ps檢視，就會看到一個find程式在裡面。

　　2. 後臺啟動

　　直接從後臺手工啟動一個程式用得比較少一些，除非是該程式甚為耗時，且使用者也不急著需要結果的時候。假設使用者要啟動一個需要長時間執行的格式化文字檔案的程式。為了不使整個shell在格式化過程中都處於“癱瘓”狀態，從後臺啟動這個程式是明智的選擇。
　　[例1]

　　$ troff –me notes > note_form. &
　　[1] 4513
　　$
　　由上例可見，從後臺啟動程式其實就是在命令結尾加上一個&號。鍵入命令以後，出現一個數字，這個數字就是該程式的編號，也稱為PID，然後就出現了提示符。使用者可以繼續其他工作。
　　上面介紹了前、後臺啟動的兩種情況。實際上這兩種啟動方式有個共同的特點，就是新程式都是由當前shell這個程式產生的。也就是說，是shell建立了新程式，於是就稱這種關係為程式間的父子關係。這裡shell是父程式，而新程式是子程式。一個父程式可以有多個子程式，一般地，子程式結束後才能繼續父程式；當然如果是從後臺啟動，那就不用等待子程式結束了。
　　一種比較特殊的情況是在使用管道符的時候。例如：
　　nroff -man ps.1|grep kill|more
　　這時候實際上是同時啟動了三個程式。請注意是同時啟動的，所有放在管道兩邊的程式都將被同時啟動，它們都是當前shell的子程式，互相之間可以稱為兄弟程式。
　　以上介紹的是手工啟動程式的一些內容，作為一名系統管理員，很多時候都需要把事情安排好以後讓其自動執行。因為管理員不是機器，也有離開的時候，所以有些必須要做的工作而恰好管理員不能親自操作，這時候就需要使用排程啟動程式了。
　　排程啟動
　　有時候需要對系統進行一些比較費時而且佔用資源的維護工作，這些工作適合在深夜進行，這時候使用者就可以事先進行排程安排，指定任務執行的時間或者場合，到時候系統會自動完成這一切工作。

　　要使用自動啟動程式的功能，就需要掌握以下幾個啟動命令。
　　at命令
　　使用者使用at命令在指定時刻執行指定的命令序列。也就是說，該命令至少需要指定一個命令、一個執行時間才可以正常執行。at命令可以只指定時間，也可以時間和日期一起指定。需要注意的是，指定時間有個系統判別問題。比如說：使用者現在指定了一個執行時間：凌晨3:20，而發出at命令的時間是頭天晚上的20:00，那麼究竟是在哪一天執行該命令呢？如果使用者在3:20以前仍然在工作，那麼該命令將在這個時候完成；如果使用者3:20以前就退出了工作狀態，那麼該命令將在第二天凌晨才得到執行。下面是at命令的語法格式：

　　at [-V] [-q 佇列] [-f 檔名] [-mldbv] 時間
　　at -c 作業 [作業...]

　　at允許使用一套相當複雜的指定時間的方法，實際上是將POSIX.2標準擴充套件了。它可以接受在當天的hh:mm（小時:分鐘）式的時間指定。如果該時間已經過去，那麼就放在第二天執行。當然也可以使用midnight（深夜），noon（中午），teatime（飲茶時間，一般是下午4點）等比較模糊的詞語來指定時間。使用者還可以採用12小時計時制，即在時間後面加上AM（上午）或者PM（下午）來說明是上午還是下午。
　　也可以指定命令執行的具體日期，指定格式為month day（月 日）或者mm/dd/yy（月/日/年）或者dd.mm.yy（日.月.年）。指定的日期必須跟在指定時間的後面。
　　上面介紹的都是絕對計時法，其實還可以使用相對計時法，這對於安排不久就要執行的命令是很有好處的。指定格式為：now + count time-units ，now就是當前時間，time-units是時間單位，這裡可以是 minutes（分鐘）、hours（小時）、days（天）、weeks（星期）。count是時間的數量，究竟是幾天，還是幾小時，等等。
　　還有一種計時方法就是直接使用today（今天）、tomorrow（明天）來指定完成命令的時間。下面透過一些例子來說明具體用法。
　　[例2] 指定在今天下午5:30執行某命令。假設現在時間是中午12:30，1999年2月24日，其命令格式如下：

　　at 5:30pm
　　at 17:30
　　at 17:30 today
　　at now + 5 hours
　　at now + 300 minutes
　　at 17:30 24.2.99
　　at 17:30 2/24/99
　　at 17:30 Feb 24

　　以上這些命令表達的意義是完全一樣的，所以在安排時間的時候完全可以根據個人喜好和具體情況自由選擇。一般採用絕對時間的24小時計時法可以避免由於使用者自己的疏忽造成計時錯誤的情況發生，例如上例可以寫成：
　　at 17:30 2/24/99
　　這樣非常清楚，而且別人也看得懂。
　　對於at命令來說，需要定時執行的命令是從標準輸入或者使用-f選項指定的檔案中讀取並執行的。如果at命令是從一個使用su命令切換到使用者shell中執行的，那麼當前使用者被認為是執行使用者，所有的錯誤和輸出結果都會送給這個使用者。但是如果有郵件送出的話，收到郵件的將是原來的使用者，也就是登入時shell的所有者。

　　[例3]
　　$ at -f work 4pm + 3 days
　　在三天後下午4點執行檔案work中的作業。
　　$ at -f work 10am Jul 31
　　在7月31日上午10點執行檔案work中的作業。

　　在任何情況下，超級使用者都可以使用這個命令。對於其他使用者來說，是否可以使用就取決於兩個檔案：/etc/at.allow和/etc/at.deny。如果/etc/at.allow檔案存在的話，那麼只有在其中列出的使用者才可以使用at命令；如果該檔案不存在，那麼將檢查/etc/at.deny檔案是否存在，在這個檔案中列出的使用者均不能使用該命令。如果兩個檔案都不存在，那麼只有超級使用者可以使用該命令；空的/etc/at.deny檔案意味著所有的使用者都可以使用該命令，這也是預設狀態。
　　下面對命令中的引數進行說明。
　　-V 將標準版本號列印到標準錯誤中。
　　-q queue 使用指定的佇列。佇列名稱是由單個字母組成，合法的佇列名可以由a-z或者A-Z。a佇列是at命令的預設佇列。
　　-m 作業結束後傳送郵件給執行at命令的使用者。
　　-f file 使用該選項將使命令從指定的file讀取，而不是從標準輸入讀取。
　　-l atq命令的一個別名。該命令用於檢視安排的作業序列，它將列出使用者排在佇列中的作業，如果是超級使用者，則列出佇列中的所有工作。
　　命令的語法格式如下:
　　atq [-V] [-q 佇列] [-v]
　　-d atrm 命令的一個別名。該命令用於刪除指定要執行的命令序列，語法格式如下：
　　atrm [-V] 作業 [作業...]
　　-c 將命令列上所列的作業送到標準輸出。
　　[例4] 找出系統中所有以txt為字尾名的檔案，並且進行列印。列印結束後給使用者foxy發出郵件通知取件。指定時間為十二月二十五日凌晨兩點。
　　首先鍵入：
　　$ at 2:00 12/25/99
　　然後系統出現at>提示符，等待使用者輸入進一步的資訊，也就是需要執行的命令序列：

　　at> find / -name “*.txt”|lpr
　　at> echo “foxy：All texts have been printed.You can take them over.Good day!River” |mail -s ”job done” foxy
　　輸入完每一行指令然後回車，所有指令序列輸入完畢後，使用組合鍵結束at命令的輸入。這時候螢幕將出現如下資訊：
　　warning:command will be executed using /bin/sh.
　　job 1 at 1999-12-25 02:00
　　提醒使用者將使用哪個shell來執行該命令序列。 實際上如果命令序列較長或者經常被執行的時候，一般都採用將該序列寫到一個檔案中，然後將檔案作為at命令的輸入來處理。這樣不容易出錯。
　　例5] 上面的例子可以修改如下：
　　將命令序列寫入到檔案/tmp/printjob，語句為：
　　$ at -f /tmp/printjob 2:00 12/25/99
　　這樣一來，at命令將使用檔案中的命令序列，螢幕顯示如下：
　　Warning:command will be executed using /bin/sh.
　　job 2 at 1999-12-25 02:00
　　當然也可以採用以下命令：
　　$ at< /tmp/printjob 2:00 12/25/99
　　來完成同樣的任務。也就是使用輸入重定向的辦法將檔案定向為命令輸入。
　　batch命令
　　batch 用低優先順序執行作業，該命令幾乎和at命令的功能完全相同，唯一的區別在於，at命令是在指定時間，很精確的時刻執行指定命令；而batch卻是在系統負載較低，資源比較空閒的時候執行命令。該命令適合於執行佔用資源較多的命令。
　　batch命令的語法格式也和at命令十分相似，即
　　batch [-V] [-q 佇列] [-f 檔名] [-mv] [時間]
　　具體的引數解釋請參考at命令。一般地說，不用為batch命令指定時間引數，因為batch本身的特點就是由系統決定執行任務的時間，如果使用者再指定一個時間，就失去了本來的意義。
　　[例6] 使用例4，鍵入：
　　$ batch
　　at> find / -name *.txt|lpr
　　at> echo “foxy：All texts have been printed.You can take them over.Good day!River” |mail -s ”job done” foxy
　　現在這個命令就會在合適的時間進行了，進行完後會發回一個資訊。
　　仍然使用組合鍵來結束命令輸入。而且batch和at命令都將自動轉入後臺，所以啟動的時候也不需要加上&符號。
　　cron命令
　　前面介紹的兩條命令都會在一定時間內完成一定任務，但是要注意它們都只能執行一次。也就是說，當指定了執行命令後，系統在指定時間完成任務，一切就結束了。但是在很多時候需要不斷重複一些命令，比如：某公司每週一自動向員工報告頭一週公司的活動情況，這時候就需要使用cron命令來完成任務了。
　　實際上，cron命令是不應該手工啟動的。cron命令在系統啟動時就由一個shell指令碼自動啟動，進入後臺（所以不需要使用&符號）。一般的使用者沒有執行該命令的許可權，雖然超級使用者可以手工啟動cron，不過還是建議將其放到shell指令碼中由系統自行啟動。
　　首先cron命令會搜尋/var/spool/cron目錄，尋找以/etc/passwd檔案中的使用者名稱命名的crontab檔案，被找到的這種檔案將載入記憶體。例如一個使用者名稱為foxy的使用者，它所對應的crontab檔案就應該是/var/spool/cron/foxy。也就是說，以該使用者命名的crontab檔案存放在/var/spool/cron目錄下面。cron命令還將搜尋/etc/crontab檔案，這個檔案是用不同的格式寫成的。
　　cron啟動以後，它將首先檢查是否有使用者設定了crontab檔案，如果沒有就轉入“休眠”狀態，釋放系統資源。所以該後臺程式佔用資源極少。它每分鐘“醒”過來一次，檢視當前是否有需要執行的命令。命令執行結束後，任何輸出都將作為郵件傳送給crontab的所有者，或者是/etc/crontab檔案中MAILTO環境變數中指定的使用者。
　　上面簡單介紹了一些cron的工作原理，但是cron命令的執行不需要使用者干涉；需要使用者修改的是crontab中要執行的命令序列，所以下面介紹crontab命令。
　　crontab命令
　　crontab命令用於安裝、刪除或者列出用於驅動cron後臺程式的表格。也就是說，使用者把需要執行的命令序列放到crontab檔案中以獲得執行。每個使用者都可以有自己的crontab檔案。下面就來看看如何建立一個crontab檔案。
　　在/var/spool/cron下的crontab檔案不可以直接建立或者直接修改。crontab檔案是透過crontab命令得到的。現在假設有個使用者名稱為foxy，需要建立自己的一個crontab檔案。首先可以使用任何文字編輯器建立一個新檔案，然後向其中寫入需要執行的命令和要定期執行的時間。
　　然後存檔退出。假設該檔案為/tmp/test.cron。再後就是使用crontab命令來安裝這個檔案，使之成為該使用者的crontab檔案。鍵入：
　　crontab test.cron
　　這樣一個crontab 檔案就建立好了。可以轉到/var/spool/cron目錄下面檢視，發現多了一個foxy檔案。這個檔案就是所需的crontab 檔案。用more命令檢視該檔案的內容可以發現檔案頭有三行資訊：
　　#DO NOT EDIT THIS FILE -edit the master and reinstall.
　　#（test.cron installed on Mon Feb 22 14:20:20 1999）
　　#（cron version --$Id:crontab.c，v 2.13 1994/01/17 03:20:37 vivie Exp $）
　　大概意思是：
　　#切勿編輯此檔案——如果需要改變請編輯原始檔然後重新安裝。
　　#test.cron檔案安裝時間：14:20:20 02/22/1999
　　如果需要改變其中的命令內容時，還是需要重新編輯原來的檔案，然後再使用crontab命令安裝。
　　可以使用crontab命令的使用者是有限制的。如果/etc/cron.allow檔案存在，那麼只有其中列出的使用者才能使用該命令；如果該檔案不存在但cron.deny檔案存在，那麼只有未列在該檔案中的使用者才能使用crontab命令；如果兩個檔案都不存在，那就取決於一些引數的設定，可能是隻允許超級使用者使用該命令，也可能是所有使用者都可以使用該命令。
　　crontab命令的語法格式如下：
　　crontab [-u user] file
　　crontab [-u user]{-l|-r|-e}
　　第一種格式用於安裝一個新的crontab 檔案，安裝來源就是file所指的檔案，如果使用“-”符號作為檔名，那就意味著使用標準輸入作為安裝來源。
　　-u 如果使用該選項，也就是指定了是哪個具體使用者的crontab 檔案將被修改。如果不指定該選項，crontab 將預設是操作者本人的crontab ，也就是執行該crontab 命令的使用者的crontab 檔案將被修改。但是請注意，如果使用了su命令再使用crontab 命令很可能就會出現混亂的情況。所以如果是使用了su命令，最好使用-u選項來指定究竟是哪個使用者的crontab檔案。

　　-l 在標準輸出上顯示當前的crontab。
　　-r 刪除當前的crontab檔案。
　　-e 使用VISUAL或者EDITOR環境變數所指的編輯器編輯當前的crontab檔案。當結束編輯離開時，編輯後的檔案將自動安裝。

　　[例7]
　　# crontab -l #列出使用者目前的crontab。
　　10 6 * * * date
　　0 */2 * * * date
　　0 23-7/2，8 * * * date
　　#
　　在crontab檔案中如何輸入需要執行的命令和時間。該檔案中每行都包括六個域，其中前五個域是指定命令被執行的時間，最後一個域是要被執行的命令。每個域之間使用空格或者製表符分隔。格式如下：
　　minute hour day-of-month month-of-year day-of-week commands

　　第一項是分鐘，第二項是小時，第三項是一個月的第幾天，第四項是一年的第幾個月，第五項是一週的星期幾，第六項是要執行的命令。這些項都不能為空，必須填入。如果使用者不需要指定其中的幾項，那麼可以使用*代替。因為*是統配符，可以代替任何字元，所以就可以認為是任何時間，也就是該項被忽略了。在表4-1中給出了每項的合法範圍。
　　表4-1　指定時間的合法範圍
　　時間
　　合法值
　　minute 00-59
　　hour 00-23，其中00點就是晚上12點
  　day-of-month
　　01-31
　　month-of-year
　　01-12
　　day-of-week
　　0-6，其中週日是0
　　這樣使用者就可以往crontab 檔案中寫入無限多的行以完成無限多的命令。命令域中可以寫入所有可以在命令列寫入的命令和符號，其他所有時間域都支援列舉，也就是域中可以寫入很多的時間值，只要滿足這些時間值中的任何一個都執行命令，每兩個時間值中間使用逗號分隔。
　　[例8]
　　5，15，25，35，45，55 16，17，18 * * * command
　　這就是表示任意天任意月，其實就是每天的下午4點、5點、6點的5 min、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min時執行命令。
　　[例9]
　　在每週一，三，五的下午3：00系統進入維護狀態，重新啟動系統。那麼在crontab 檔案中就應該寫入如下欄位：
　　00 15 * * 1，3，5 shutdown -r +5
　　然後將該檔案存檔為foxy.cron，再鍵入crontab foxy.cron安裝該檔案。
　　[例10]
　　每小時的10分，40分執行使用者目錄下的innd/bbslin這個指令：
　　10，40 * * * * innd/bbslink

　　[例11]
　　每小時的1分執行使用者目錄下的bin/account這個指令：
　　1 * * * * bin/account

　　[例12]
　　每天早晨三點二十分執行使用者目錄下如下所示的兩個指令（每個指令以;分隔）：
　　20 3 * * * （/bin/rm -f expire.ls logins.bad;bin/expire>expire.1st）
　　[例13]
　　每年的一月和四月，4號到9號的3點12分和3點55分執行/bin/rm -f expire.1st這個指令，並把結果新增在mm.txt這個檔案之後（mm.txt檔案位於使用者自己的目錄位置）。
　　12,55 3 4-9 1,4 * /bin/rm -f expire.1st>> m.txt

　　[例14]
　　我們來看一個超級使用者的crontab檔案：
　　#Run the ‘atrun’ program every minutes
　　#This runs anything that’s due to run from ‘at’.See man ‘at’ or ‘atrun’. 0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 * * * * /usr/lib/atrun
　　40 7 * * * updatedb
　　8,10,22,30,39,46,54,58 * * * * /bin/sync
　　程式的掛起及恢復命令bg、fg
　　作業控制允許將程式掛起並可以在需要時恢復程式的執行，被掛起的作業恢復後將從中止處開始繼續執行。只要在鍵盤上按，即可掛起當前的前臺作業。
　　[例15]
　　$ cat >
　　< ctrl+z>
　　text.file [1] + stopped cat > text.file
　　$ jobs [1]+ stopped cat >text.file
　　在鍵盤上按後，將掛起當前執行的命令cat。使用jobs命令可以顯示shell的作業清單，包括具體的作業、作業號以及作業當前所處的狀態。
　　恢復程式執行時，有兩種選擇：用fg命令將掛起的作業放回到前臺執行；用bg命令將掛起的作業放到後臺執行。
　　[例16]
　　使用者正在使用Emacs，突然需要檢視系統程式情況。就首先使用組合鍵將Emacs程式掛起，然後使用bg命令將其在後臺啟動，這樣就得到了前臺的操作控制權，接著鍵入“ps –x”檢視程式情況。檢視完畢後，使用fg命令將Emacs帶回前臺執行即可。其命令格式為：
　　< ctrl+z>
　　$ bg emacs
　　$ ps –x
　　$ fg emacs
　　預設情況下，fg和bg命令對最近停止的作業進行操作。如果希望恢復其他作業的執行，可以在命令中指定要恢復作業的作業號來恢復該作業。例如：
　　$ fg 1
　　cat > text.file
　　靈活使用上述命令，將給自己帶來很大的方便。