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W3S101

Unix / Linux - 进程

Unix / Linux - 进程管理

Section titled “Unix / Linux - 进程管理”

进程 (process) 是一个运行中程序的实例。每次您在类 Unix 系统上执行命令或运行应用程序时，都会创建一个或多个进程。操作系统管理这些进程，分配 CPU 时间和内存等资源。

每个进程由一个进程 ID (Process ID, PID) 唯一标识，它是一个非负整数。系统使用 PID 来跟踪和管理各个进程。

进程还有一个父进程 ID (Parent Process ID, PPID)，它是创建该进程的进程的 PID。这形成了一个进程的层次结构，最终追溯到初始系统进程（通常是 PID 为 1 的 init 或 systemd）。

运行中的进程：前台和后台

Section titled “运行中的进程：前台和后台”

当您运行命令时，可以在两种主要模式下进行：

前台进程

Section titled “前台进程”

默认情况下，命令在前台运行。Shell 会等待进程完成，然后才返回命令提示符 ($)。当前台进程运行时，您通常无法在该终端中输入新命令。

进程通常从键盘接收输入（标准输入，standard input），并将输出发送到屏幕（标准输出，standard output 和标准错误，standard error）。

# This command runs in the foreground. The prompt won't return until it finishes.
$ sleep 10
# (Waits 10 seconds)
$

您通常可以通过按 Ctrl + C 来中断前台进程。

后台进程

Section titled “后台进程”

后台进程 (background process) 独立于 Shell 运行。您会立即获得命令提示符，允许您在后台进程继续执行的同时运行其他命令。

要在后台运行命令，在命令行末尾附加一个与号 (&)。

# Run the sleep command in the background
$ sleep 60 &
[1] 12345  # The shell reports the Job ID ([1]) and the PID (12345)
$ # Prompt returns immediately, sleep continues for 60 seconds

后台进程与键盘输入断开连接。如果它们尝试从标准输入读取，通常会暂停（变为停止状态）。除非重定向，否则它们的输出仍然会发送到终端。

当后台作业完成时，Shell 通常会打印一个通知：

$ # (After 60 seconds)
[1]+  Done                    sleep 60

列出进程：ps

Section titled “列出进程：ps”

ps (process status) 命令显示关于运行中进程的信息。其用法在不同的 Unix 版本之间略有差异，但存在一些常见的调用方式。

基本用法（显示与当前终端关联的进程）：

$ ps
  PID TTY          TIME CMD
 5678 pts/0    00:00:00 bash
12389 pts/0    00:00:00 ps

用于更全面列表的常用选项：

  • System V 风格： ps -ef (或 ps -eF 用于额外详细信息)
  • -e：显示所有进程。
  • -f：完整格式列表 (UID, PID, PPID, C, STIME, TTY, TIME, CMD)。
  • BSD 风格： ps aux (或 ps auxww 用于更宽的命令输出)
  • a：显示所有用户的进程。
  • u：用户导向格式 (USER, PID, %CPU, %MEM, VSZ, RSS, TTY, STAT, START, TIME, COMMAND)。
  • x：显示未连接到终端的进程（如守护进程）。

使用 System V 风格的示例：

$ ps -ef
UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 09:00 ?        00:00:05 /sbin/init
root         2     0  0 09:00 ?        00:00:00 [kthreadd]
...
user      5678  5670  0 09:15 pts/0    00:00:00 /bin/bash
root      8901     1  0 09:20 ?        00:00:01 /usr/sbin/sshd -D
user     12345  5678  0 10:05 pts/0    00:00:00 sleep 60
user     12390  5678  0 10:06 pts/0    00:00:00 ps -ef

关键列通常包括：

  • USER / UID：运行进程的用户。
  • PID：进程 ID。
  • PPID：父进程 ID。
  • %CPU：CPU 使用率。
  • %MEM：内存使用率。
  • STIME / START：启动时间。
  • TTY：控制终端（? 表示没有）。
  • TIME：累计 CPU 时间。
  • CMD / COMMAND：正在运行的命令。

停止进程：kill, pkill, Ctrl+C

Section titled “停止进程：kill, pkill, Ctrl+C”

终止 (terminate) 进程通常是必需的。

  • Ctrl + C：向前台进程发送中断信号 (SIGINT)，通常会使其终止。
  • kill PID：向指定 PID 的进程发送终止信号 (SIGTERM, 默认信号 15)。这是一个礼貌的终止请求，允许进程进行清理。
  • kill -9 PID 或 kill -SIGKILL PID：发送 kill 信号 (SIGKILL, 信号 9)。这会强制立即终止，应作为最后的手段使用，因为进程没有机会保存数据或进行清理。
  • pkill process_name：向所有匹配给定名称的进程发送信号（默认 SIGTERM）。
  • killall process_name：类似于 pkill，但在不同系统上的具体行为可能略有差异。通常对匹配精确的进程名称更严格。

示例：查找并终止一个 sleep 进程。

# Start a sleep process in the background
$ sleep 300 &
[1] 13579


# Find its PID (assuming we didn't note it)
$ ps aux | grep 'sleep 300'
user     13579  0.0  0.0   1234   567 pts/0    S    10:15   0:00 sleep 300
user     13581  0.0  0.0   6789  1234 pts/0    S+   10:15   0:00 grep sleep 300


# Send the default termination signal (SIGTERM)
$ kill 13579


# Check if it's gone (wait a moment)
$ ps aux | grep 'sleep 300'
# (Should only show the grep command itself now)


# If kill didn't work, force kill
# kill -9 13579


# Alternatively, using pkill:
$ pkill sleep


[1]+  Terminated              sleep 300

通常，您只能杀死您自己的进程，除非您是 root 用户。

作业控制：jobs, fg, bg

Section titled “作业控制：jobs, fg, bg”

Shell 提供作业控制 (Job Control) 功能来管理当前会话中的后台进程和停止的进程。

  • jobs：列出从当前 Shell 启动的作业（后台或停止的进程），显示它们的作业 ID (job ID)（例如，[1], [2]) 和状态。
  • fg %job_id：将后台或停止的作业带到前台。示例：fg %1。
  • bg %job_id：在后台恢复停止的作业。示例：bg %2。
  • Ctrl + Z：暂停（停止）当前前台进程，并将其放到后台。然后您可以使用 bg 在后台恢复它，或使用 fg 在前台恢复它。
# Start two jobs
$ sleep 100 &
[1] 14001
$ sleep 200 &
[2] 14002


# List jobs
$ jobs
[1]-  Running                 sleep 100 &
[2]+  Running                 sleep 200 &


# Bring job 1 to the foreground
$ fg %1
sleep 100
# (Now sleep 100 is in the foreground. Press Ctrl+Z)
^Z
[1]+  Stopped                 sleep 100


# List jobs again
$ jobs
[1]+  Stopped                 sleep 100
[2]-  Running                 sleep 200 &


# Resume job 1 in the background
$ bg %1
[1]+ sleep 100 &


# List jobs again
$ jobs
[1]-  Running                 sleep 100 &
[2]+  Running                 sleep 200 &

僵尸进程和孤儿进程

Section titled “僵尸进程和孤儿进程”
  • 孤儿进程 (Orphan Process)：其父进程已终止的进程。孤儿进程通常由 init 进程 (PID 1) 或其现代等效进程 (systemd) 领养。
  • 僵尸进程 (Zombie Process)（或 defunct process）：一个已完成执行但仍在进程表中保留条目的进程。这发生在父进程尚未读取其子进程的退出状态 (exit status) 时。僵尸进程仅消耗极少的资源（只有进程表条目），但大量僵尸进程可能表明父进程存在问题。

僵尸进程通常在 ps 输出中显示为 Z 状态。您不能直接杀死僵尸进程；您需要终止其父进程，或者等待父进程正确处理子进程的退出（回收，reap）。

守护进程

Section titled “守护进程”

守护进程 (Daemon) 是在后台运行、与任何终端分离并执行系统任务或提供服务的进程。示例包括 Web 服务器 (httpd, nginx)、数据库服务器 (mysqld) 和 SSH 服务器 (sshd)。

它们通常在启动时启动并持续运行。在使用 systemd 的现代 Linux 系统上，这些进程通常作为“服务”通过 systemctl 命令进行管理（例如，systemctl status sshd, systemctl start nginx）。传统上，它们可能通过 /etc/init.d/ 中的 init 脚本进行管理。

监控进程：top, htop

Section titled “监控进程：top, htop”

top 命令提供了一个动态的、实时运行中进程视图，默认按 CPU 使用率排序。它显示系统摘要信息（平均负载，CPU 状态，内存使用率）和进程列表。

$ top

top 是交互式的；按 h 获取帮助，按 q 退出，按 M 按内存排序，按 P 按 CPU 排序。

htop 是 top 的一个流行且增强的替代品，提供更用户友好的界面，支持颜色、滚动、更简单的排序和进程终止功能。如果未安装，您通常可以通过系统的包管理器 (package manager) 安装它（例如，sudo apt install htop 或 sudo yum install htop）。

$ htop