進程、系統性能和計劃任務

進程、系統性能和計劃任務

• 進程管理和內存分配
• 進程管理工具
• 進程管理和性能相關工具

進程管理和內存分配

進程概念

1. 內核功用：進程管理、文件系統、網絡功能、內存管理、驅動程序、安全功能等
2. Process: 運行中的程序的一個副本，是被載入內存的一個指令集合
   1. 進程ID（Process ID，PID）號碼被用來標記各個進程
   2. UID、GID、和SELinux語境決定對文件系統的存取和訪問權限
   3. 一般從執行進程的用戶來繼承
   4. 存在生命週期
3. task struct：Linux內核存儲進程信息的數據結構格式
4. task list：多個任務的的task struct組成的鏈表
5. 進程建立：
   1. init：第一個進程
   2. 進程：都由其父進程建立，父子關係，CoW
      fork(), clone()

進程，線程和協程

進程相關概念

1. Page Frame: 頁框，用存儲頁面數據，存儲Page 4k
2. 物理地址空間和線性地址空間
3. MMU：Memory Management Unit 負責轉換線性和物理地址
4. TLB：Translation Lookaside Buffer 翻譯後備緩衝器
   1. 用於保存虛擬地址和物理地址映射關係的緩存
5. LRU：Least Recently Used 近期最少使用算法,釋放內存

用戶和內核空間

進程的基本狀態和轉換

進程的基本狀態

1. 建立狀態：進程在建立時須要申請一個空白PCB(process control block進程控
   制塊)，向其中填寫控制和管理進程的信息，完成資源分配。若是建立工做沒法完
   成，好比資源沒法知足，就沒法被調度運行，把此時進程所處狀態稱爲建立狀態
2. 就緒狀態：進程已準備好，已分配到所需資源，只要分配到CPU就可以當即運行
3. 執行狀態：進程處於就緒狀態被調度後，進程進入執行狀態
4. 阻塞狀態：正在執行的進程因爲某些事件（I/O請求，申請緩存區失敗）而暫時
   沒法運行，進程受到阻塞。在知足請求時進入就緒狀態等待系統調用
5. 終止狀態：進程結束，或出現錯誤，或被系統終止，進入終止狀態。沒法再執行

狀態之間轉換六種狀況

1. 運行——>就緒：1，主要是進程佔用CPU的時間過長，而系統分配給該進程佔
   用CPU的時間是有限的；2，在採用搶先式優先級調度算法的系統中,當有更高
   優先級的進程要運行時，該進程就被迫讓出CPU，該進程便由執行狀態轉變爲
   就緒狀態
2. 就緒——>運行：運行的進程的時間片用完，調度就轉到就緒隊列中選擇合適
   的進程分配CPU
3. 運行——>阻塞：正在執行的進程因發生某等待事件而沒法執行，則進程由執
   行狀態變爲阻塞狀態，如發生了I/O請求
4. 阻塞——>就緒:進程所等待的事件已經發生，就進入就緒隊列
5. 如下兩種狀態是不可能發生的：
   1. 阻塞——>運行：即便給阻塞進程分配CPU，也沒法執行，操做系統在進行調
      度時不會從阻塞隊列進行挑選，而是從就緒隊列中選取
   2. 就緒——>阻塞：就緒態根本就沒有執行，談不上進入阻塞態

LRU算法

1. 假設序列爲 4 3 4 2 3 1 4 2
   物理塊有3個，則
   1. 第1輪 4調入內存 4
   2. 第2輪 3調入內存 3 4
   3. 第3輪 4調入內存 4 3
   4. 第4輪 2調入內存 2 4 3
   5. 第5輪 3調入內存 3 2 4
   6. 第6輪 1調入內存 1 3 2
   7. 第7輪 4調入內存 4 1 3
   8. 第8輪 2調入內存 2 4 1

IPC進程間通訊

1. IPC: Inter Process Communication
   1. 同一主機：
      1. pipe  管道
      2. socket 套接字文件
      3. signal 信號
      4. shm  shared memory
      5. semaphore  信號量，一種計數器
   2. 不一樣主機：
      1. socket IP和端口號
      2. RPC  remote procedure call
      3. MQ  消息隊列，如：Kafka，RabbitMQ，ActiveMQ

進程優先級

 

 

修改 nice 值

nice -10 ping 127.2 表示nice的優先級改成10

nice --10 ping 127.2 表示 nice的優先級改成-10

taskset -p 12243 //查看進程號爲12243的程序在哪幾顆cpu上運行

taskset -cp 0,1 12243 //進程號爲12243的程序只能在第0或1顆cpu上運行

• 進程優先級：
  • 系統優先級：數字越小，優先級越高
    0-139：各有140個運行隊列和過時隊列
    實時優先級: 99-0 值最大優先級最高
    nice值：-20到19，對應系統優先級100-139
  • Big O：時間複雜度，用時和規模的關係
    O(1), O(logn), O(n)線性, O(n^2)拋物線, O(2^n)

進程狀態

1. Linux內核：搶佔式多任務
2. 進程類型：
   1. 守護進程: daemon,在系統引導過程當中啓動的進程，和終端無關進程
   2. 前臺進程：跟終端相關，經過終端啓動的進程
   3. 注意：二者可相互轉化
3. 進程狀態：
   1. 運行態：running
   2. 就緒態：ready
   3. 睡眠態：
      1. 可中斷：interruptable
      2. 不可中斷：uninterruptable
   4. 中止態：stopped,暫停於內存，但不會被調度，除非手動啓動
   5. 僵死態：zombie，結束進程，父進程結束前，子進程不關閉

進程管理工具

1. 進程的分類：
   1. CPU-Bound：CPU密集型，非交互
   2. IO-Bound：IO密集型，交互
2. Linux系統狀態的查看及管理工具：
   1. pstree, ps, pidof, pgrep, top, htop,
      glance, pmap, vmstat, dstat, kill, pkill, job, bg, fg, nohup
3. pstree命令：
   1. pstree display a tree of processes
4. ps: process state
   1. ps  report a snapshot of the current processes
   2. Linux系統各進程的相關信息均保存在/proc/PID目錄下的各文件中

查看進程 ps

1. ps [OPTION]...
2. 支持三種選項：
   1. UNIX選項 如-A -e
   2. BSD選項  如a
   3. GNU選項 如--help
3. 選項：默認顯示當前終端中的進程
   1. 選項：默認顯示當前終端中的進程
   2.  x 選項包括不連接終端的進程
   3. u 選項顯示進程全部者的信息  有效用戶
   4. f 選項顯示進程樹,至關於 --forest
   5.  k|--sort 屬性 對屬性排序,屬性前加- 表示倒序
   6.  o 屬性… 選項顯示定製的信息 pid、cmd、%cpu、%mem
   7. ps axo %cpu,%mem,tty,cmd k -%mem(按內存倒序排列)
   8. ps axo pid,%cpu,%mem,tty,cmd --sort -%cpu

ps常見選項

ps 輸出屬性

進程管理和性能相關工具

搜索進程

1. pgrep -t pts/1
2. pgrep -lt pts/1
3. pgrep -lU zhangsan
4. pgrep -lu zhangsan
5. pgrep -l 'ba.*'
6. pgrep -al '^ba.*'
7. pgrep -P 1

系統工具

進程管理工具

 

內存空間

 

 

系統監控工具

iostat、iftop、pmap、strace、lstrace

1. strace 跟蹤某個程序運行時所調用的系統調用
2. strace /bin/cat 這個命令用了哪部分系統調用
3. ltrace /bin/cat cat程序運行時所調用的函數庫

glances

 

dstat

iotap

nload 查看網絡實時吞吐量

lsof