linux的入門篇

一，程式基本概述

1，描述

• 程式是已啟動的可執行程式的執行中例項。
• cpu的工作機制是分時進行的，通過核心來進行排程，通過納秒來計量工作時間的。

/proc目錄下以數字為名的目錄，每一個目錄代表一個程式，儲存著程式的屬性資訊，每一個程式的PID是唯一的，就算程式退出了，下一個程式也不會使用此PID。

2，程式的組成部分

• 已分配記憶體的地址空間
• 安全屬性，包括所有權憑據和特權
• 程式程式碼的一個或多個執行執行緒
• 程式狀態

3，程式環境

• 本地和全域性變數
• 當前排程上下文
• 分配的系統資源，如檔案描述符和網路埠

4，程式的產生

• /proc//pidfd：（fd-file describe；檔案描述符）
• 父程式—子程式：

現有的父程式複製位元組的地址空間（fork）來建立一個新的子程式結構
每一個新程式分配有唯一的程式ID（PID），滿足跟蹤和安全性之需，PID與父程式ID（PPID）是新程式環境的元素。

• 任何程式可建立子程式，所有的程式都是第一個系統程式的後代，第一個系統程式是systemd

通過fork程式，子程式繼承安全性身份，過去的和當前的檔案描述符、埠和資源特權、環境變數，以及程式程式碼。隨後，子程式可能exec其自己的程式程式碼。
通常，父程式在子程式執行期間處於睡眠狀態，設定一個在子程式完成時發出訊號的請求（wait）。在退出時，子程式可能已經關閉或丟棄了其資源和環境，剩餘的部分被稱作僵停zmbie(殭屍)。父程式在子程式退出時收到訊號而被喚醒，清理剩餘結構，然後繼續執行其自己的程式程式碼。

5，程式的分類

• 前臺程式：與終端相關的程式，通過終端啟動的程式：

也可把前臺啟動的程式送往後臺處理，以守護模式執行，通過&將程式掛起。

• 守護程式：daemon，與終端無關的程式（如核心），在系統引導過程中啟動的程式
• zombie（殭屍程式）通過重啟系統毀滅殭屍程式

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二，程式狀態

• Excuting ：執行狀態
• ** Ready：就緒態，也可稱作睡眠態**

a Uninterruptible sleep //不可終端的睡眠，不可隨時喚醒，只有當IO資源載入成功後才能被喚醒。
b ，interruptible //可終端的睡眠，可隨時喚醒。

• Zombie :殭屍程式，正常的執行結束了，但是不釋放暫據的記憶體。

• Stopped：//停止狀態，暫停於記憶體中，但不會被排程，除非手動啟動之

• 程式睡眠的原因：

當一個執行中的程式，需要載入額外的IO資源的時候，由於IO裝置的速度太慢，所以會轉入睡眠狀態等待，交出CPU給其他程式，以免浪費剩餘執行時間
在多工處理作業系統中，每個CPU（或CPU核心）在一個時間點上處理一個程式。在程式執行時，它對CPU時間和資源分配的直接要求會有變化。程式分配有一個狀態，它隨著環境要求而改變。

• Linux程式狀態

標誌	核心定義的狀態名稱和描述
R	TASK_RUNNING：程式正在CPU上執行，或者正在等待執行。處於執行中（或可執行）狀態時，程式可能正在執行使用者例程或核心例程（系統呼叫），或者已排隊並就緒
S	TASK_INTERRUPTIBLE：程式處於睡眠狀態且正在等待某一條件：硬體請求、系統資源訪問或訊號。當事件或訊號滿足該條件時，該程式將返回到執行中
D	TASK_UNINTERRUPTIBLE：此程式也在睡眠，但與S狀態不同，不會響應傳遞的訊號。僅在特定的條件下使用，其中程式中斷可能會導致意外的裝置狀態
K	TASK_KILLABLE：程式處於睡眠狀態，與不可中斷的D狀態相同，但有所修改，允許等待中的任務通過響應訊號而被中斷（徹底退出）。實用程式通常將可中斷的程式顯示為D狀態
T	TASK_STOPPED：程式已被停止（暫停），通常是通過使用者或其他程式發出的訊號。程式可以通過另一訊號返回到執行中狀態，繼續執行（恢復）
T	TASK_TRACED：正在被除錯的程式也會臨時停止，並且共享同一個T狀態標誌
z	EXIT_ZOMBIE：子程式在退出時向父程式發出訊號。除程式身份（PID）之外的所有資源都已釋放
X	EXIT_DEAD：當父程式清理（獲取）剩餘的子程式結構時，程式現在已徹底釋放。此狀態從不會在程式列出實用程式中看到
<	高優先順序程式
N	低優先順序程式
+	前臺程式組中的程式
|	多執行緒程式
s	會話程式首程式

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三，程式優先順序

1,linux程式排程與多工。

• a，現代計算機系統中既包含每次只能執行一個指令的低端處理器，也包含高效能的超級計算機，這些超級計算機每臺配備數百個CPU，可以並行執行數以百計的指令，但是所有這些系統往往具有一個共同點：它們需要執行的程式數量總是超出實際具有的核心數，

• b，通過時間分片技術，Linux（和其他作業系統）實際能夠執行的程式數（和執行緒數）可以超出可用的實際處理單元數，作業系統程式之間進行快速切換，從而給使用者一種有多個程式在同時執行的印象，

• c，執行此切換的linux核心部分稱為程式排程程式。

2，程式優先順序

• 程式優先順序範圍：0-139，數字越小，優先順序越高。

0-99：實時優先順序，核心調整
100-139：靜態優先順序，使用者可控制

• 程式優先順序高的特點

獲得更多的CPU執行實際
更優先獲得CPU執行的機會

• 要修改程式的優先順序可以通過調整程式的nice值來實現，nice值越小，優先順序越高；

nice值的範圍是（-20，19），-20對應100，19對應139（優先順序最大-20）

• 使用者空間：3環
  保留：1環和2環是由cpu的廠商自行定義的。
  內環：shell核心使用的.
  

3，相對優先順序：

• 由於不是每種程式都與其他程式同樣重要，可告知排程程式為不同的程式使用不同的排程策略。常規系統上執行的大多數程式所使用的排程策略稱為SCHED_OTHER(也稱為SCHED_NORMAL)，但還有一些其他策略可用於不同的目的。

• 由於並非所有程式都以同樣的方式建立，可為採用SCHED_NORMAL策略執行的程式指定相對優先順序。此優先順序稱為程式的nice值。一個程式可以有40種不同級別的nice值。

• 這些nice級別的範圍是從-20到19。預設情況下，程式將繼承其父程式的nice級別，通常為0

• nice級別越高，表示優先順序越低（該程式容易將其CPU使用量讓給其他程式）

• nice級別越低，表示優先順序越高（該程式更加不傾向於讓出CPU）

• 如果不存在資源爭用（例如當活動程式數少於可用CPU核心數時），即使nice級別高的程式也將仍使用它們可使用的所有可用CPU資源。但當請求CPU時間的程式數超過可用核心數時，nice級別較高的程式將比nice級別較低的程式收到更少的CPU時間

4 nice級別與許可權

• 為很佔CPU資源的程式設定較低的nice級別可能會對同一系統上執行的其他程式的效能造成負面影響，
  所以僅允許root使用者設定負nice級別以及降低現有程式的nice級別。root可以隨意調整，普通使用者只能將優先順序調低。

• 普通非特權使用者僅允許設定正的nice級別。只能對現有程式提升nice級別，而不能降低nice級別。

5,程式優先順序調整：調整nice值

• 調整已經啟動的程式nice值：renice NI PID （如 renice 3 3704）
• 在啟動時指定nice值：（-20，19） nice -n NI COMMAND

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四，程式管理命令

1,ps

• ps(process state)命令用於列出當前的程式。可以顯示詳細的程式資訊，
• 包括以下內容

-使用者識別符（UID），它確定程式的特權
-唯一程式識別符（PID）父程式ID（PPID）
-CPU和已經花費的實時時間
-程式在各種位置上分配的記憶體數量
-程式的位置STDOUT，稱為控制終端
-當前的程式狀態

• os支援的三種選項格式

a	UNIX（POSIX）選項，可以分組但必須以連字元開頭；如ps -aux
b	BSD 選項，可以分組但不可與連字元同用
c	GNU 長選項，以雙連字元開頭

• ps(process state)，顯示程式資訊。注意事項：

  加了［］中括號的，表示核心執行緒，通常位於頂部
  exiting或defunct表示殭屍程式 zombie

• 常用選項

A	//顯示所有與終端有關的程式
U	//顯示程式是由哪個使用者啟動的
X	//顯示所有與終端無關的程式
-e	//顯示所有程式，與-A效果相同
-l	//以長格式顯示
-F	//顯示更詳細的完整格式的程式資訊
-f	//顯示更詳細的完整格式的程式資訊
-H	//以程式層級格式顯示程式相關資訊
-o	//根據自己的需要選擇要顯示的欄位

• //aux結果解析

VSZ //Virtual memory SiZe，虛擬記憶體集
RSS //ReSident Size，常駐記憶體集
STAT //程式狀態
TIME //執行時的累積時長

• //ps命令結果解析

NI //nice值
PRI //優先順序
PSR //程式執行在哪個CPU核心上
RTPTRIO //實時優先順序
C //執行的CPU編號
STIME //程式的啟動時間
VSZ //Virtual memory SiZe，虛擬記憶體集
RSS //ReSident Size，常駐記憶體集
STAT //程式狀態
TIME //執行時的累積時長

2 pstree

• pstree:用於顯示當前系統上的程式樹
• 如

3，pgrep

• 以grep的風格指定只顯示那些程式，在當前系統中找符合某些特性的程式，只顯示程式號。
• 

4，pidof

• pidof 根據程式名稱查詢其PID號。
• 如

5，vmstat

• 虛擬記憶體狀態檢視命令：語法：vmstat [option] [delay{conunt}]

例如：
vmstat 2 //表示每2秒重新整理一次
vmstat 2 5 //表示每2秒重新整理一次，重新整理5次後退出。
//常用的選項：
-s //顯示記憶體的統計資料

• 1，procs：
  r（running） //表示等待執行的佇列長度，也即等待執行的程式的個數
  b（block） //表示阻塞佇列長度，也即處於不可中斷睡眠態的程式個數

• 2，memory：儲存使用記錄

  swpd	//交換記憶體的使用總量（總空間）
  free	//空閒實體記憶體總量 （可用的空間）
  buffer	//用於buffer的記憶體總量（緩衝）
  cache	//用於cache的記憶體總量（快取）

• 3，swap：交換空間，大小一般是真實記憶體的1到1.5倍。
  數值越大表明記憶體在不停的呼叫，反映出記憶體不足的問題。

  si（swap in）	//表示從實體記憶體有多少頁面換進swap，也即資料進入swap的資料速率（kb/s）
  so（swap out）	//表示從swap有多少頁面換進實體記憶體，也即資料離開swap的資料速率（kb/s）

  • 4，io：寫入/輸出（in/out）

bi（block in）	//表示磁碟塊有多少個被調入記憶體中，也即從塊裝置讀入資料到系統的速率（kb/s）
bo（block out）	//表示有多少個磁碟塊從記憶體中被同步到硬碟上去了，也即儲存資料至塊裝置的速率（kb/s）

• 5，system：

  in（ interrupts）	//表示中斷的個數，也即中斷速率（kb/s）
  cs（context switch）	//表示上下文切換的次數，也即程式切換速率（kb/s）

• 6，CPU：

us	//表示使用者空間
sy	//表示核心空間
id	//表示空閒百分比
wa	//表示等待IO完成所佔據的時間百分比
st	//表示steal，被虛擬化技術偷走的時間（比如執行虛擬機器）

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五，控制作業

1，作業與會話

• 作業控制是shell的一種功能，它允許單個shell例項執行和管理多個命令。

• 作業與在shell提示符中輸入的每個管道相關聯。該管道中的所有程式均是作業的一部分，並且是同一個程式組的成員。（如果在shell提示符中僅輸入了一條命令，則這條命令可視為命令的最小管道。該命令將是該作業的唯一成員）

• 一次只能有一個作業從特定終端視窗讀取輸入和鍵盤生成的訊號。屬於該作業的程式是該控制終端的前臺程式。

• 該控制終端的後臺程式是與該終端相關聯的任何其他作業的成員。終端的後臺程式無法從終端讀取輸入或接收鍵盤生成的中斷，但可以寫入終端。後臺中的作業可能已停止（暫停），也可能正在執行。如果某個正在執行的後臺作業嘗試從終端讀取內容，則該作業將自動暫停。

• 每個終端是其自身的會話，並且可以具有一個前臺程式和多個獨立的後臺程式。一個作業只能屬於一個會話，也就是屬於其控制終端的會話。

2,作業分類：

• Linux分為前臺作業和後臺作業

前臺作業：通過終端啟動，且啟動後一直佔據了命令提示符
後臺作業：可以通過終端啟動，但啟動後，釋放命令提示符，後續的操作在後臺完成========此類作業雖然被送往後臺執行，但其依然與終端相關，當終端關閉時改後臺也隨之停止。

• 可以通過nohup command & 剝離與終端的關係。當終端停止執行時，作業依舊在後臺進行。

3，後臺作業

• &掛起作業，後臺執行，不佔用前臺bash視窗。

[root@localhost ~]# sleep 1000 &
[1] 1819

• 1，//jobs命令用於顯示當前所有的後臺作業

[root@localhost ~]# jobs
[1]+ Running sleep 1000 &
//jobs命令的結果中
+ //命令將預設操作的作業
- //命令將第二個預設操作的作業

• 2,//fg命令用於將”後臺作業調至前臺執行“

[root@localhost ~]# fg
//當只有一個後臺作業時，直接使用fg命令，不跟任何引數即可將後臺作業調至前臺執行，但是當有多個作業時則必須跟上%+作業號，也就是上面命令執行結果中以[]括起來的數字。
[root@localhost ~]# jobs
[1]- Running sleep 1000 &
[2]+ Running sleep 500 &
[root@localhost ~]# fg %1
//使用ctrl+z可將前臺程式傳送到後臺，此時作業將處於停止狀態
[root@localhost ~]# fg %1
sleep 1000
^z
[1]+ Stopped sleep 1000

• 3，//使用bg命令+作業號可使後臺”已停止的作業重新執行“

[root@localhost ~]# bg %1
[1]+ sleep 1000 &
[root@localhost ~]# jobs
[1]- Running sleep 1000 &
[2]+ Running sleep 500 &

• 4，//kill加上作業號可以手動殺死（終止）指定作業。

[root@localhost ~]# jobs
[1]- Running sleep 1000 &
[2]+ Running sleep 500 &
[root@localhost ~]# kill %1
[1]- Terminated sleep 1000

• 5,//Nuhup:將程式掛在後臺執行：跟隨系統程式：
• 命令例項：Nuhup sleep 600 &
  

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六，程式間通訊（IPC：inter Process Communication）

• 程式間通訊方式：

同一主機：-共享記憶體；-訊號：Signal
不同主機：-rpc：remote procecure call；-基於socket（套接字）實現程式間通訊。
套接字socket：IP+port
在終端上可以通過netstat use檢視執行的程式IP和埠。

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七，使用訊號控制程式

• 訊號是傳遞至程式的軟體終端。訊號向執行中的程式報告事件，生成訊號的事件可以是錯誤或外部事件（如I/O請求或計時器過期，或者來自於明確請求（如使用訊號傳送命令），或者來自於明確請求（如使用訊號傳送命令））

• –event事件：下面列出系統管理員用於日常程式管理的基本訊號。

• 通過短名稱（HUP）或正確名稱（SIGHUP）指代訊號。
  指定一個訊號的方法：
  -訊號號碼（數字標識）：kill -1
  -訊號完整名稱：kill -SIGKILL（訊號）
  -訊號簡寫名稱：kill -TERM或kill -KILL或kill -INT或kill -HUP

• 基本程式管理訊號

訊號編號 ID	短名稱	定義	用途
1	HUP	掛起	讓一個程式不用重啟就可以重讀配置檔案，並讓新的配置資訊生效
2	INT	鍵盤中斷	中斷一個前臺程式。ctrl+c就是用的SIGINT訊號
9	KILL	中斷，無法攔截	導致立即終止程式。無法被攔截、忽略或處理
15 預設值	TERM	終止	導致程式終止。和SIGKILL不同，可以被攔截、忽略或處理。要求程式終止的友好方式，允許自我清理

使用者可以中斷自己的程式，但只有root才能終止由其他人擁有的程式。

• kill命令根據ID向程式傳送訊號。雖其名稱為kill，但該命令可用於傳送任何訊號，而不僅僅是終止程式的訊號
  //語法： kill [-SIGNAL] PID …
  //顯示所有可用的訊號（可使用man 7 signal檢視幫助資訊）
  
• //killall COMMAND：killall後面跟程式名，表示將匹配到的以程式名為名的程式全部殺死
  也可以使用kill 加程式ID
  

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八，監控程式活動

1，I/O負載

• 負載平均值代表一段時間內感知的系統負載，Linux通過預期服務等待時間來表示實施平均負載計算

• a，Linux不僅計算程式數，也作為獨立的任務計算執行緒數。執行中執行緒和等待I/O資源的執行緒的CPU請求佇列對應於R和D程式狀態。等待I/O包括處於睡眠而等待預期磁碟和網路響應的任務。

• b，負載數屬於全域性計數器計算，是所有CPU的總和數。由於從睡眠返回的任務可能會重新排程到不同的CPU，難以精確的每CPU計數，但累計數的準確度可以保障。顯示的平均負載代表所有的CPU。

• signal佇列長度
  //檢視cpu核心數
  [root@Eryuege ~]# grep ‘model name’ /proc/cpuinfo
  model name : Intel® Xeon® CPU E5-2650 v3 @ 2.30GHz
  [root@Eryuege ~]# grep ‘processor’ /proc/cpuinfo
  processor : 0

• 一些UNIX系統僅考慮CPU使用率或執行佇列長度來指示系統負載。由於具有空閒CPU的系統可能會因為磁碟或網路資源忙而遇到很長時間的等待，因此Linux負載平均值中包含了對I/O的考量。遇到負載平均值很高但CPU活動很低時，請檢查磁碟和網路活動。（CPU使用率很低，但是負載平均值高，可能是磁碟或網路的讀寫過慢）

• Linux中可以使用top、uptime顯示負載平均值的情況。
  [root@Eryuege ~]# uptime
  09:14:12 up 4 days, 22:36, 4 users, load average: 0.00, 0.00, 0.09
  //此處的load average就表示負載平均值，這三個值代表最近1、5和15分鐘的負載情況。

  • a，將顯示的負載平均值除以系統中的邏輯CPU數。當值低於1表示資源利用率較好，等待時間很短。當值高於1表示資源飽和，而且有一定的服務等待時間。

  • b，空閒CPU佇列的負載數為0。每個就緒和等待的執行緒使計數增加1。總佇列數為1時，資源（CPU、磁碟或網路）正在使用中，但沒有請求把時間花在等待上。增加的請求數會累積該計數，但由於許多請求可以在時限內處理，資源使用率會很高，而等待時間則不會。

  • c，因為磁碟或網路資源忙碌等待I/O而處於睡眠的程式包含在該計數內，而且使負載平均值增大。
    雖然不能表示CPU使用率，佇列數依然表明使用者和程式正在等待資源服務。

  • d，在資源飽和前，平均負載將保持在1以下，因為幾乎不會在佇列中發現等待的任務。只有資源飽和導致請求留在排隊狀態並且被負載計算例程計數時，負載平均才會增大。當資源使用率接近100%時，每個增加的請求將開始遭遇服務等待時間。

2，實時監控-TOP

• top用於實現全屏動態顯示系統資訊（預設按照CPU的使用率排序）

• //常用選項
  -d //設定延遲時長，top -d 1 表示每一秒重新整理一次，預設每隔5秒重新整理
  -b //批模式翻屏顯示，預設只實時顯示一屏，若要顯示後面的程式資訊則可使用-b選項，與-n #號合用
  

• load average：1分鐘，5分鐘，15分鐘
  load average //CPU佇列中等待執行的任務的個數

• cpu(s)：多顆CPU平均負載，按1鍵顯示每顆CPU平均負載。

sy	//表示核心空間；
us	//表示使用者空間；
Ni	//表示調整nice值，CPU佔用的比率；
id	//表示空閒百分比；
wa	//表示等待IO完成所佔據的時間百分比；
hi	//表示hard interrupt，硬體中斷佔據的時間百分比；
si	//表示軟中斷佔據的時間百分比;
st	//表示steal，被虛擬化技術偷走的時間（比如執行虛擬機器）

• PR // 優先順序

• NI // nice值

• VIRT // 虛擬記憶體集

• RES // 常駐記憶體集

• SHR // 共享記憶體大小

• S // 程式狀態

• 進入top實時監控後的互動命令
  //top命令互動式子命令：

  M	//根據駐留記憶體大小進行排序，預設根據CPU百分比排序
  P	//根據CPU使用百分比進行排序
  T	//根據累計時間（佔據CPU時長）進行排序
  l	//是否顯示平均負載和啟動時間
  t	//是否顯示程式和CPU狀態相關資訊
  m	//是否顯示記憶體相關資訊
  c	//是否顯示完整的命令列資訊
  q	//退出top命令
  k	//終止某個程式
  1	//顯示所有CPU的資訊
  s	//修改重新整理時間間隔