Что такое процесс в linux
Перейти к содержимому

Что такое процесс в linux

  • автор:

Управление процессами в Linux

Денис Колисниченко Процессы. Системные вызовы fork() и exec(). Нити.
Перенаправление ввода/вывода
Команды для управление процессами
Материал этой статьи ни в коем случае не претендует на свою избыточность. Более подробно о процессах вы можете прочитать в книгах, посвященных программированию под UNIX.

Процессы. Системные вызовы fork() и exec(). Нити.

  1. Выделяется память для описателя нового процесса в таблице процессов
  2. Назначается идентификатор процесса PID
  3. Создается логическая копия процесса, который выполняет fork() — полное копирование содержимого виртуальной памяти родительского процесса, копирование составляющих ядерного статического и динамического контекстов процесса-предка
  4. Увеличиваются счетчики открытия файлов (порожденный процесс наследует все открытые файлы родительского процесса).
  5. Возвращается PID в точку возврата из системного вызова в родительском процессе и 0 — в процессе-потомке.

Сигнал — способ информирования процесса ядром о происшествии какого-то события. Если возникает несколько однотипных событий, процессу будет подан только один сигнал. Сигнал означает, что произошло событие, но ядро не сообщает сколько таких событий произошло.

  1. окончание порожденного процесса (например, из-за системного вызова exit (см. ниже))
  2. возникновение исключительной ситуации
  3. сигналы, поступающие от пользователя при нажатии определенных клавиш.

Установить реакцию на поступление сигнала можно с помощью системного вызова signal
func = signal(snum, function);

snum — номер сигнала, а function — адрес функции, которая должна быть выполнена при поступлении указанного сигнала. Возвращаемое значение — адрес функции, которая будет реагировать на поступление сигнала. Вместо function можно указать ноль или единицу. Если был указан ноль, то при поступлении сигнала snum выполнение процесса будет прервано аналогично вызову exit. Если указать единицу, данный сигнал будет проигнорирован, но это возможно не для всех процессов.

С помощью системного вызова kill можно сгенерировать сигналы и передать их другим процессам.
kill(pid, snum);
где pid — идентификатор процесса, а snum — номер сигнала, который будет передан процессу. Обычно kill используется для того, чтобы принудительно завершить («убить») процесс.
Pid состоит из идентификатора группы процессов и идентификатора процесса в группе. Если вместо pid указать нуль, то сигнал snum будет направлен всем процессам, относящимся к данной группе (понятие группы процессов аналогично группе пользователей). В одну группу включаются процессы, имеющие общего предка, идентификатор группы процесса можно изменить с помощью системного вызова setpgrp. Если вместо pid указать -1, ядро передаст сигнал всем процессам, идентификатор пользователя которых равен идентификатору текущего выполнения процесса, который посылает сигнал.

Таблица 1. Номера сигналов

Номер Название Описание
01 SIGHUP Освобождение линии (hangup).
02 SIGINT Прерывание (interrupt).
03 SIGQUIT Выход (quit).
04 SIGILL Некорректная команда (illegal instruction). Не переустанавливается при перехвате.
05 SIGTRAP Трассировочное прерывание (trace trap). Не переустанавливается при перехвате.
06 SIGIOT или SIGABRT Машинная команда IOT.
07 SIGEMT Машинная команда EMT.
08 SIGFPE Исключительная ситуация при выполнении операции с вещественными числами (floating-point exception)
09 SIGKILL Уничтожение процесса (kill). Не перехватывается и не игнорируется.
10 SIGBUS Ошибка шины (bus error).
11 SIGSEGV Некорректное обращение к сегменту памяти (segmentation violation).
12 SIGSYS Некорректный параметр системного вызова (bad argument to system call).
13 SIGPIPE Запись в канал, из которого некому читать (write on a pipe with no one to read it).
14 SIGALRM Будильник
15 SIGTERM Программный сигнал завершения
16 SIGUSR1 Определяемый пользователем сигнал 1
17 SIGUSR2 Определяемый пользователем сигнал 2
18 SIGCLD Завершение порожденного процесса (death of a child).
19 SIGPWR Ошибка питания
22 Регистрация выборочного события

Сигналы (точнее их номера) описаны в файле singnal.h

Для нормального завершение процесса используется вызов
exit(status);
где status — это целое число, возвращаемое процессу-предку для его информирования о причинах завершения процесса-потомка.
Вызов exit может задаваться в любой точке программы, но может быть и неявным, например при выходе из функции main (при программировании на C) оператор return 0 будет воспринят как системный вызов exit(0);

Перенаправление ввода/вывода

Практически все операционные системы обладают механизмом перенаправления ввода/вывода. Linux не является исключением из этого правила. Обычно программы вводят текстовые данные с консоли (терминала) и выводят данные на консоль. При вводе под консолью подразумевается клавиатура, а при выводе — дисплей терминала. Клавиатура и дисплей — это, соответственно, стандартный ввод и вывод (stdin и stdout). Любой ввод/вывод можно интерпретировать как ввод из некоторого файла и вывод в файл. Работа с файлами производится через их дескрипторы. Для организации ввода/вывода в UNIX используются три файла: stdin (дескриптор 1), stdout (2) и stderr(3).

Символ > используется для перенаправления стандартного вывода в файл.
Пример:
$ cat > newfile.txt Стандартный ввод команды cat будет перенаправлен в файл newfile.txt, который будет создан после выполнения этой команды. Если файл с этим именем уже существует, то он будет перезаписан. Нажатие Ctrl + D остановит перенаправление и прерывает выполнение команды cat.

Символ &lt используется для переназначения стандартного ввода команды. Например, при выполнении команды cat > используется для присоединения данных в конец файла (append) стандартного вывода команды. Например, в отличие от случая с символом >, выполнение команды cat >> newfile.txt не перезапишет файл в случае его существования, а добавит данные в его конец.

Символ | используется для перенаправления стандартного вывода одной программы на стандартный ввод другой. Напрмер, ps -ax | grep httpd.

Команды для управления процессами

Предназначена для вывода информации о выполняемых процессах. Данная команда имеет много параметров, о которых вы можете прочитать в руководстве (man ps). Здесь я опишу лишь наиболее часто используемые мной:

Параметр Описание
-a отобразить все процессы, связанных с терминалом (отображаются процессы всех пользователей)
-e отобразить все процессы
-t список терминалов отобразить процессы, связанные с терминалами
-u идентификаторы пользователей отобразить процессы, связанные с данными идентификаторыми
-g идентификаторы групп отобразить процессы, связанные с данными идентификаторыми групп
-x отобразить все процессы, не связанные с терминалом

Например, после ввода команды ps -a вы увидите примерно следующее:

  PID TTY TIME CMD 1007 tty1 00:00:00 bash 1036 tty2 00:00:00 bash 1424 tty1 00:00:02 mc 1447 pts/0 00:00:02 mpg123 2309 tty2 00:00:00 ps

Для вывода информации о конкретном процессе мы можем воспользоваться командой:

 # ps -ax | grep httpd 698 ? S 0:01 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1261 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1262 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1263 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1264 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1268 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1269 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1270 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1271 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1272 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1273 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A 1280 ? S 0:00 httpd -DHAVE_PHP4 -DHAVE_PROXY -DHAVE_ACCESS -DHAVE_A

В приведенном выше примере используется перенаправление ввода вывода между программами ps и grep, и как результат получаем информацию обо всех процессах содержащих в строке запуска «httpd». Данную команду (ps -ax | grep httpd) я написал только лишь в демонстрационных целях — гораздо проще использовать параметр -С программы ps вместо перенаправления ввода вывода и параметр -e вместо -ax.

Программа top

Предназначена для вывода информации о процессах в реальном времени. Процессы сортируются по максимальному занимаемому процессорному времени, но вы можете изменить порядок сортировки (см. man top). Программа также сообщает о свободных системных ресурсах.

  # top 7:49pm up 5 min, 2 users, load average: 0.03, 0.20, 0.11 56 processes: 55 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 7.6% user, 9.8% system, 0.0% nice, 82.5% idle Mem: 130660K av, 94652K used, 36008K free, 0K shrd, 5220K buff Swap: 72256K av, 0K used, 72256K free 60704K cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 1067 root 14 0 892 892 680 R 2.8 0.6 0:00 top 1 root 0 0 468 468 404 S 0.0 0.3 0:06 init 2 root 0 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kflushd 3 root 0 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kupdate 4 root 0 0 0 0 0 SW 0.0 0.0 0:00 kswapd 5 root -20 -20 0 0 0 SW< 0.0 0.0 0:00 mdrecoveryd

Просмотреть информацию об оперативной памяти вы можете с помощью команды free, а о дисковой - df. Информация о зарегистрированных в системе пользователей доступна по команде w.

Изменение приоритета процесса - команда nice

nice [-коэффициент понижения] команда [аргумент]

Команда nice выполняет указанную команду с пониженным приоритетом, коэффициент понижения указывается в диапазоне 1..19 (по умолчанию он равен 10). Суперпользователь может повышать приоритет команды, для этого нужно указать отрицательный коэффициент, например --10. Если указать коэффициент больше 19, то он будет рассматриваться как 19.

nohup - игнорирование сигналов прерывания

nohup команда [аргумент]

nohup выполняет запуск команды в режиме игнорирования сигналов. Не игнорируются только сигналы SIGHUP и SIGQUIT.

kill - принудительное завершение процесса

kill [-номер сигнала] PID

где PID - идентификатор процесса, который можно узнать с помощью команды ps.

Команды выполнения процессов в фоновом режиме - jobs, fg, bg

Команда jobs выводит список процессов, которые выполняются в фоновом режиме, fg - переводит процесс в нормальные режим ("на передний план" - foreground), а bg - в фоновый. Запустить программу в фоновом режиме можно с помощью конструкции &

Процессы в Linux

Данной теме посвящено много статей, но в Сети мало сугубо практических статей. О какой именно практике идет речь, вы узнаете прочитав эту статью. Правда, одной только практикой нам не обойтись - вдруг вы не читали всю эту серую массу теории, которую можно найти в Сети.

Немного теории

  1. программа на стадии выполнения
  2. "объект", которому выделено процессорное время
  3. асинхронная работа
  1. состояния выполнения
  2. состояния ожидания
  3. состояния готовности

Выполнение - это активное состояние, во время которого процесс обладает всеми необходимыми ему ресурсами. В этом состоянии процесс непосредственно выполняется процессором.

Ожидание - это пассивное состояние, во время которого процесс заблокирован, он не может быть выполнен, потому что ожидает какое-то событие, например, ввода данных или освобождения нужного ему устройства.

Готовность - это тоже пассивное состояние, процесс тоже заблокирован, но в отличие от состояния ожидания, он заблокирован не по внутренним причинам (ведь ожидание ввода данных - это внутренняя, "личная" проблема процесса - он может ведь и не ожидать ввода данных и свободно выполняться - никто ему не мешает), а по внешним, независящим от процесса, причинам. Когда процесс может перейти в состояние готовности? Предположим, что наш процесс выполнялся до ввода данных. До этого момента он был в состоянии выполнения, потом перешел в состояние ожидания - ему нужно подождать, пока мы введем нужную для работы процесса информацию. Затем процесс хотел уже перейти в состояние выполнения, так как все необходимые ему данные уже введены, но не тут-то было: так как он не единственный процесс в системе, пока он был в состоянии ожидания, его "место под солнцем" занято - процессор выполняет другой процесс. Тогда нашему процессу ничего не остается как перейти в состояние готовности: ждать ему нечего, а выполняться он тоже не может.

Из состояния готовности процесс может перейти только в состояние выполнения. В состоянии выполнения может находится только один процесс на один процессор. Если у вас n-процессорная машина, у вас одновременно в состоянии выполнения могут быть n процессов.

Из состояния выполнения процесс может перейти либо в состояние ожидания или состояние готовности. Почему процесс может оказаться в состоянии ожидания, мы уже знаем - ему просто нужны дополнительные данные или он ожидает освобождения какого-нибудь ресурса, например, устройства или файла. В состояние готовности процесс может перейти, если во время его выполнения, квант времени выполнения "вышел". Другими словами, в операционной системе есть специальная программа - планировщик, которая следит за тем, чтобы все процессы выполнялись отведенное им время. Например, у нас есть три процесса. Один из них находится в состоянии выполнения. Два других - в состоянии готовности. Планировщик следит за временем выполнения первого процесса, если "время вышло", планировщик переводит процесс 1 в состояние готовности, а процесс 2 - в состояние выполнения. Затем, когда, время отведенное, на выполнение процесса 2, закончится, процесс 2 перейдет в состояние готовности, а процесс 3 - в состояние выполнения.

Диаграмма модели трех состояний представлена на рисунке 1.

Рисунок 1. Модель трех состояний

Более сложная модель - это модель, состоящая из пяти состояний. В этой модели появилось два дополнительных состояния: рождение процесса и смерть процесса. Рождение процесса - это пассивное состояние, когда самого процесса еще нет, но уже готова структура для появления процесса. Как говорится в афоризме: "Мало найти хорошее место, надо его еще застолбить", так вот во время рождения как раз и происходит "застолбление" этого места. Смерть процесса - самого процесса уже нет, но может случиться, что его "место", то есть структура, осталась в списке процессов. Такие процессы называются зобми и о них мы еще поговорим в этой статье.

Диаграмма модели пяти состояний представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. Модель пяти состояний

  1. Создание процесса - это переход из состояния рождения в состояние готовности
  2. Уничтожение процесса - это переход из состояния выполнения в состояние смерти
  3. Восстановление процесса - переход из состояния готовности в состояние выполнения
  4. Изменение приоритета процесса - переход из выполнения в готовность
  5. Блокирование процесса - переход в состояние ожидания из состояния выполнения
  6. Пробуждение процесса - переход из состояния ожидания в состояние готовности
  7. Запуск процесса (или его выбор) - переход из состояния готовности в состояние выполнения
  1. Присвоить процессу имя
  2. Добавить информацию о процессе в список процессов
  3. Определить приоритет процесса
  4. Сформировать блок управления процессом
  5. Предоставить процессу нужные ему ресурсы

Подробнее о списке процессов, приоритете и обо всем остальном мы еще поговорим, а сейчас нужно сказать пару слов об иерархии процессов. Процесс не может взяться из ниоткуда: его обязательно должен запустить какой-то процесс. Процесс, запущенный другим процессом, называется дочерним (child) процессом или потомком. Процесс, который запустил процесс называется родительским (parent), родителем или просто - предком. У каждого процесса есть два атрибута - PID (Process ID) - идентификатор процесса и PPID (Parent Process ID) - идентификатор родительского процесса.

Процессы создают иерархию в виде дерева. Самым "главным" предком, то есть процессом, стоящим на вершине этого дерева, является процесс init (PID=1).

На мой взгляд, приведенной теории вполне достаточно, чтобы перейти к практике, а именно - "пощупать" все состояния процессов. Конечно, мы не рассмотрели системные вызовы fork(), exec(), exit(), kill() и многие другие, но в Сети предостаточно информации об этом. Тем более, что про эти вызовы вы можете прочитать в справочной системе Linux, введя команду man fork. Правда, там написано на всеми любимом English, так что за переводом (если он вам нужен) все-таки придется обратиться за помощью к WWW.

Практика

Для наблюдения за процессами мы будем использовать программу top.

15:03:11 up 58 min, 4 users, load average: 0,02, 0,01, 0,00 52 processes: 51 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 0,8% user, 0,6% system, 0,0% nice, 0,0% iowait, 98,3% idle Mem: 127560k av, 124696k used, 2864k free, 0k shrd, 660k buff 13460k active, 17580k inactive Swap: 152576k av, 8952k used, 143624k free 28892k cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 3097 den 15 0 1128 1128 832 R 2,8 0,8 0:00 top 1 root 8 0 120 84 60 S 0,0 0,0 0:04 init 2 root 12 0 0 0 0 SW 0,0 0,0 0:00 keventd 3 root 19 19 0 0 0 SWN 0,0 0,0 0:00 ksoftirqd_CPU0 .

Полный вывод программы я по понятным причинам урезал. Рассмотрим по порядку весь вывод программы. В первой строке программа сообщает текущее время, время работы системы ( 58 min), количество зарегистрированных (login) пользователей (4 users), общая средняя загрузка системы (load average).

Примечание. Общей средней загрузкой системы называется среднее число процессов, находящихся в состоянии выполнения (R) или в состоянии ожидания (D). Общая средняя загрузка измеряется каждые 1, 5 и 15 минут.

Во второй строке вывода программы top сообщается, что в списке процессов находятся 52 процесса, из них 51 спит (состояние готовности или ожидания), 1 выполняется (у меня только 1 процессор), 0 процессов зомби и 0 остановленных процессов.

В третьей-пятой строках приводится информация о загрузке процессора, использования памяти и файла подкачки. Нас данная информация не очень интересует, поэтому переходим сразу к таблице процессов.

В таблице отображается различная информация о процессе. Нас сейчас интересуют колонки PID (идентификатор процесса), USER (пользователь, запустивший процесс), STAT (состояние процесса) и COMMAND (команда, которая была введена для запуска процесса).

    R - процесс выполняется или готов к выполнению (состояние готовности)
  • D - процесс в "беспробудном сне" - ожидает дискового ввода/вывода
  • T - процесс остановлен (stopped) или трассируется отладчиком
  • S - процесс в состоянии ожидания (sleeping)
  • Z - процесс-зобми
  • < - процесс с отрицательным значением nice
  • N - процесс с положительным значением nice (о команде nice мы поговорим позже)

Давайте просмотрим, когда же процесс находится в каждом состоянии. Создайте файл process - это обыкновенный bash-сценарий

#!/bin/bash x=1 while [ $x -lt 10 ] do x=2 done

Сделайте этот файл исполнимым chmod +x ./process и запустите его ./process. Теперь перейдите на другую консоль (ALT + Fn) и введите команду ps -a | grep process. Вы увидите следующий вывод команды ps:

4035 pts/1 00:00:15 process

Данный вывод означает, что нашему процессу присвоен идентификатор процесса 4035. Теперь введите команду top -p 4035

15:30:15 up 1:25, 6 users, load average: 0,44, 0,19, 0,07 1 processes: 0 sleeping, 1 running, 0 zombie, 0 stopped CPU states: 2,3% user, 0,6% system, 0,0% nice, 0,0% iowait, 96,8% idle Mem: 127560k av, 124496k used, 3064k free, 0k shrd, 1208k buff 15200k active, 16400k inactive Swap: 152576k av, 15676k used, 136900k free 27548k cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 4035 den 15 0 1320 1320 988 R 99,9 1,0 0:31 process

Обратите внимание на колонку состояния нашего процесса. Она содержит значение R, которое означает, что в данный момент выполняется процесс с номером 4035.

Теперь приостановим наш процесс - состояние T. Перейдите на консоль, на которой запущен ./process и нажмите Ctrl + Z. Вы увидите сообщение Stopped.

PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 4035 den 9 0 1320 1320 988 T 0,0 1,0 0:51 process

Теперь попробуем "усыпить" наш процесс. Для этого нужно сначала "убить" его: kill 4035. Затем добавить перед циклом while в сценарии ./process строку sleep 10m, которая означает, что процесс будет спать 10 минут. После этого опять запустите команду ps -a | grep process, чтобы узнать PID процесса, а затем - команду top -p PID. Вы увидите в колонке состояния букву S, что означает, что процесс находится в состоянии ожидания или готовности - попросту говоря "спит".

Мы вплотную подошли к самому интересному - созданию процесса-зомби. Во многих статьях, посвященных процессам, пишется "зомби = не жив, не мертв". А что это означает на самом деле? При завершении процесса должна удаляться его структура из списка процессов. Иногда процесс уже завершился, но его имя еще не удалено из списка процессов. В этом случае процесс становится зомби - его уже нет, но мы его видим в таблице команды top. Такое может произойти, если процесс-потомок (дочерний процесс) завершился раньше, чем этого ожидал процесс-родитель. Сейчас мы напишем программу, порождающую зомби, который будет существовать 8 секунд. Процесс-родитель будет ожидать завершения процесса-потомка через 10 секунд, а процесс-потомок завершить через 2 секунды.

#include <unistd.h> #include <signal.h> #include <stdlib.h> #include <sys/wait.h> #include <stdio.h> int main() < int pid; int status, died; pid=fork(); switch(pid) < case -1: printf("can't fork\n"); exit(-1); case 0 : printf(" I'm the child of PID %d\n", getppid()); printf(" My PID is %d\n", getpid()); // Ждем 2 секунды и завершаемся, следующую строку я закомментировал // чтобы зомби "прожил" на 2 секунды больше // sleep(2); exit(0); default: printf("I'm the parent.\n"); printf(" My PID is %d\n", getpid()); // Ждем завершения дочернего процесса через 10 секунд, а потом убиваем его sleep(10); if (pid & 1) kill(pid,SIGKILL); died= wait(&status); >>

Для компиляции данной программы нам нужен компилятор gcc:

gcc -o zombie zombie.c

Для тех, у кого не установлен компилятор, скомпилированная программа доступна отсюда.

После того, как программа будет откомпилирована, запустите ее: ./zombie. Программа выведет следующую информацию:

I'm the parent My PID is 1147 I'm the child of PID 1147 My PID is 1148

Запомните последний номер и быстро переключайтесь на другую консоль. Затем введите команду top -p 1148

16:04:22 up 2 min, 3 users, load average: 0,10, 0,10, 0,04 1 processes: 0 sleeping, 0 running, 1 zombie, 0 stopped CPU states: 4,5% user, 7,6% system, 0,0% nice, 0,0% iowait, 87,8% idle Mem: 127560k av, 76992k used, 50568k free, 0k shrd, 3872k buff 24280k active, 19328k inactive Swap: 152576k av, 0k used, 152576k free 39704k cached PID USER PRI NI SIZE RSS SHARE STAT %CPU %MEM TIME COMMAND 1148 den 17 0 0 0 0 Z 0,0 0,0 0:00 zombie <defunct>

Мы видим, что в списке процессов появился 1 зомби (STAT=Z), который проживет аж 10 секунд.

Мы уже рассмотрели все возможные состояния процессов. Осталось только рассмотреть команду для повышения приоритета процесса - это команда nice. Повысить приоритет команды может только пользователь root, указав соответствующий коэффициент понижения. Для увеличения приоритета нужно указать отрицательный коэффициент, например, nice -5 process

Что такое процесс в linux

Всякая выполняющаяся в Linux программа называется процессом. Linux как многозадачная система характеризуется тем, что одновременно может выполняться множество процессов, принадлежащих одному или нескольким пользователям. Вывести список исполняющихся в текущее время процессов можно командой ps , например, следующим образом:

/home/larry# ps PID TT STAT TIME COMMAND 24 3 S 0:03 (bash) 161 3 R 0:00 ps /home/larry#

Обратите внимание, что по умолчанию команда ps выводит список только тех процессов, которые принадлежат запустившему её пользователю. Чтобы посмотреть все исполняющиеся в системе процессы, нужно подать команду ps -a . Номера процессов (process ID, или PID ), указанные в первой колонке, являются уникальными номерами, которые система присваивает каждому работающему процессу. Последняя колонка, озаглавленная COMMAND, указывает имя работающей команды. В данном случае в списке указаны процессы, которые запустил сам пользователь larry . В системе работает ещё много других процессов, их полный список можно просмотреть командой ps -aux . Однако среди команд, запущенных пользователем larry , есть только bash (командная оболочка для пользователя larry ) и сама команда ps . Видно, что оболочка bash работает одновременно с командой ps . Когда пользователь ввёл команду ps , оболочка bash начала её исполнять. После того, как команда ps закончила свою работу (таблица процессов выведена на экран), управление возвращается процессу bash . Тогда оболочка bash выводит на экран приглашение и ждёт новой команды.

Работающий процесс также называют заданием (job). Понятия процесс и задание являются взаимозаменяемыми. Однако, обычно процесс называют заданием, когда имеют ввиду управление заданием (job control). Управление заданием — это функция командной оболочки, которая предоставляет пользователю возможность переключаться между несколькими заданиями.

В большинстве случаев пользователи запускают только одно задание — это будет та команда, которую они ввели последней в командной оболочке. Однако многие командные оболочки (включая bash и tcsh ) имеют функции управления заданиями (job control), позволяющие запускать одновременно несколько команд или заданий (jobs) и, по мере надобности, переключаться между ними.

Управление заданиями может быть полезно, если, например, вы редактируете большой текстовый файл и хотите временно прервать редактирование, чтобы сделать какую-нибудь другую операцию. С помощью функций управления заданиями можно временно покинуть редактор, вернуться к приглашению командной оболочки и выполнить какие-либо другие действия. Когда они будут сделаны, можно вернуться обратно к работе с редактором и обнаружить его в том же состоянии, в котором он был покинут. У функций управления заданиями есть ещё много полезных применений.

Передний план и фоновый режим

Задания могут быть либо на переднем плане (foreground), либо фоновыми (background). На переднем плане в любой момент времени может быть только одно задание. Задание на переднем плане — это то задание, с которым вы взаимодействуете; оно получает ввод с клавиатуры и посылает вывод на экран (если, разумеется, вы не перенаправили ввод или вывод куда-либо ещё). Напротив, фоновые задания не получают ввода с терминала; как правило, такие задания не нуждаются во взаимодействии с пользователем.

Некоторые задания исполняются очень долго, и во время их работы не происходит ничего интересного. Пример таких заданий — компилирование программ, а также сжатие больших файлов. Нет никаких причин смотреть на экран и ждать, когда эти задания выполнятся. Такие задания следует запускать в фоновом режиме. В это время вы можете работать с другими программами.

Для управления выполнением процессов в Linux предусмотрен механизм передачи сигналов. Сигнал — это способность процессов обмениваться стандартными короткими сообщениями непосредственно с помощью системы. Сообщение-сигнал не содержит никакой информации, кроме номера сигнала (для удобства вместо номера можно использовать предопределённое системой имя). Для того, чтобы передать сигнал, процессу достаточно задействовать системный вызов kill() , а для того, чтобы принять сигнал, не нужно ничего. Если процессу нужно как-то по-особенному реагировать на сигнал, он может зарегистрировать обработчик, а если обработчика нет, за него отреагирует система. Как правило, это приводит к немедленному завершению процесса, получившего сигнал. Обработчик сигнала запускается асинхронно , немедленно после получения сигнала, что бы процесс в это время ни делал.

Два сигнала — номер 9 ( KILL ) и 19 ( STOP ) — всегда обрабатывает система. Первый из них нужен для того, чтобы убить процесс наверняка (отсюда и название). Сигнал STOP приостанавливает процесс: в таком состоянии процесс не удаляется из таблицы процессов, но и не выполняется до тех пор, пока не получит сигнал 18 ( CONT ) — после чего продолжит работу. В командной оболочке Linux сигнал STOP можно передать активному процессу с помощью управляющей последовательности Ctrl - Z .

Сигнал номер 15 ( TERM ) служит для прерывания работы задания. При прерывании (interrupt) задания процесс погибает. Прерывание заданий обычно осуществляется управляющей последовательностью Ctrl - C [1] . Восстановить прерванное задание никаким образом невозможно. Следует также знать, что некоторые программы перехватывают сигнал TERM (при помощи обработчика), так что нажатие комбинации клавиш Ctrl - C (о) может не прервать процесс немедленно. Это сделано для того, чтобы программа могла уничтожить следы своей работы прежде, чем она будет завершена. На практике, некоторые программы вообще нельзя прервать таким способом.

Перевод в фоновый режим и уничтожение заданий

Начнём с простого примера. Рассмотрим команду yes, которая на первый взгляд может показаться бесполезной. Эта команда посылает бесконечный поток строк, состоящих из символа y на стандартный вывод. Посмотрим, как работает эта команда:

/home/larry# yes y y y y y

Последовательность таких строк будет бесконечно продолжаться. Уничтожить этот процесс можно, отправив ему сигнал прерывания, т. е. нажав Ctrl - C . Поступим теперь иначе. Чтобы на экран не выводилась эта бесконечная последовательность перенаправим стандартный вывод команды yes на /dev/null . Как вы, возможно, знаете, устройство /dev/null действует как « чёрная дыра »: все данные, посланные в это устройство, пропадают. С помощью этого устройства очень удобно избавляться от слишком обильного вывода некоторых программ.

/home/larry# yes > /dev/null

Теперь на экран ничего не выводится. Однако и приглашение командной оболочки также не возвращается. Это происходит потому, что команда yes все ещё работает и посылает свои сообщения, состоящие из букв y на /dev/null . Уничтожить это задание также можно, отправив ему сигнал прерывания.

Допустим теперь, что вы хотите, чтобы команда yes продолжала работать, но при этом и приглашение командной оболочки должно вернуться на экран, так чтобы вы могли работать с другими программами. Для этого можно команду yes перевести в фоновый режим, и она будет там работать, не общаясь с вами.

Один способ перевести процесс в фоновый режим — приписать символ & к концу команды. Пример:

/home/larry# yes > /dev/null & [1]+ 164 /home/larry#

Сообщение [1] представляет собой номер задания (job number) для процесса yes. Командная оболочка присваивает номер задания каждому исполняемому заданию. Поскольку yes является единственным исполняемым заданием, ему присваивается номер 1. Число 164 является идентификационным номером, соответствующим данному процессу ( PID ), и этот номер также дан процессу системой. Как мы увидим дальше, к процессу можно обращаться, указывая оба этих номера.

Итак, теперь у нас есть процесс команды yes, работающий в фоне, и непрерывно посылающий поток из букв y на устройство /dev/null . Для того, чтобы узнать статус этого процесса, нужно исполнить команду jobs , которая является внутренней командой оболочки.

/home/larry# jobs [1]+ Running yes >/dev/null & /home/larry#

Мы видим, что эта программа действительно работает. Для того, чтобы узнать статус задания, можно также воспользоваться командой ps , как это было показано выше.

Для того, чтобы передать процессу сигнал (чаще всего возникает потребность прервать работу задания) используется утилита kill . В качестве аргумента этой команде даётся либо номер задания, либо PID . Необязательный параметр — номер сигнала, который нужно отправить процессу. По умолчанию отправляется сигнал TERM . В рассмотренном выше случае номер задания был 1, так что команда kill %1 прервёт работу задания. Когда к заданию обращаются по его номеру (а не PID ), тогда перед этим номером в командной строке нужно поставить символ процента (« % »).

Теперь введём команду jobs снова, чтобы проверить результат предыдущего действия:

/home/larry# jobs [1] Terminated yes >/dev/null

Фактически задание уничтожено, и при вводе команды jobs следующий раз на экране о нем не будет никакой информации.

Уничтожить задание можно также, используя идентификационный номер процесса ( PID ). Этот номер, наряду с идентификационным номером задания, указывается во время старта задания. В нашем примере значение PID было 164, так что команда kill 164 была бы эквивалентна команде kill %1 . При использовании PID в качестве аргумента команды kill вводить символ « % » не требуется.

Приостановка и продолжение работы заданий

Запустим сначала процесс командой yes на переднем плане, как это делалось раньше:

/home/larry# yes > /dev/null

Как и ранее, поскольку процесс работает на переднем плане, приглашение командной оболочки на экран не возвращается.

Теперь вместо того, чтобы прервать задание комбинацией клавиш Ctrl - C , задание можно приостановить (suspend, буквально — подвесить ), отправив ему сигнал STOP . Для приостановки задания надо нажать соответствующую комбинацию клавиш, обычно это Ctrl - Z .

/home/larry# yes > /dev/null Ctrl-Z[1]+ Stopped yes >/dev/null /home/larry#

Приостановленный процесс попросту не выполняется. На него не тратятся вычислительные ресурсы процессора. Приостановленное задание можно запустить выполняться с той же точки, как будто бы оно и не было приостановлено.

Для возобновления выполнения задания на переднем плане можно использовать команду fg (от слова foreground — передний план).

/home/larry# fg yes >/dev/null

Командная оболочка ещё раз выведет на экран название команды, так что пользователь будет знать, какое именно задание он в данный момент запустил на переднем плане. Приостановим это задание ещё раз нажатием клавиш Ctrl - Z , но в этот раз запустим его в фоновый режим командой bg (от слова background — фон). Это приведёт к тому, что данный процесс будет работать так, как если бы при его запуске использовалась команда с символом & в конце (как это делалось в предыдущем разделе):

/home/larry# bg [1]+ yes $>$/dev/null & /home/larry#

При этом приглашение командной оболочки возвращается. Сейчас команда jobs должна показывать, что процесс yes действительно в данный момент работает; этот процесс можно уничтожить командой kill , как это делалось раньше.

Для того, чтобы приостановить задание, работающее в фоновом режиме, нельзя воспользоваться комбинацией клавиш Ctrl - Z . Прежде, чем приостанавливать задание, его нужно перевести на передний план командой fg и лишь потом приостановить. Таким образом, команду fg можно применять либо к приостановленным заданиям, либо к заданию, работающему в фоновом режиме.

Между заданиями в фоновом режиме и приостановленными заданиями есть большая разница. Приостановленное задание не работает — на него не тратятся вычислительные мощности процессора. Это задание не выполняет никаких действий. Приостановленное задание занимает некоторый объем оперативной памяти компьютера, через некоторое время ядро откачает эту часть памяти на жёсткий диск « до востребования ». Напротив, задание в фоновом режиме выполняется, использует память и совершает некоторые действия, которые, возможно, вам требуются, но вы в это время можете работать с другими программами.

Задания, работающие в фоновом режиме, могут пытаться выводить некоторый текст на экран. Это будет мешать работать над другими задачами.

/home/larry# yes &

Здесь стандартный вывод не был перенаправлен на устройство /dev/null , поэтому на экран будет выводится бесконечный поток символов y . Этот поток невозможно будет остановить, поскольку комбинация клавиш Ctrl - C не воздействует на задания в фоновом режиме. Для того чтобы остановить эту выдачу, надо использовать команду fg , которая переведёт задание на передний план, а затем уничтожить задание комбинацией клавиш Ctrl - C .

Сделаем ещё одно замечание. Обычно командой fg и командой bg воздействуют на те задания, которые были приостановлены последними (эти задания будут помечены символом + рядом с номером задания, если ввести команду jobs ). Если в одно и то же время работает одно или несколько заданий, задания можно помещать на передний план или в фоновый режим, задавая в качестве аргументов команды fg или команды bg их идентификационный номер (job ID). Например, команда fg %2 помещает задание номер 2 на передний план, а команда bg %3 помещает задание номер 3 в фоновый режим. Использовать PID в качестве аргументов команд fg и bg нельзя.

Более того, для перевода задания на передний план можно просто указать его номер. Так, команда %2 будет эквивалентна команде fg %2 .

Важно помнить, что функция управления заданием принадлежит оболочке. Команды fg , bg и jobs являются внутренними командами оболочки. Если, по некоторой причине, вы используете командную оболочку, которая не поддерживает функции управления заданиями, то вы в ней этих (и подобных) команд не отыщете.

[1] Прерывающая комбинация клавиш может быть установлена с помощью команды stty .

Список процессов Linux

На сайте уже есть несколько статей про процессы Linux, в которых подробно описано как ими управлять или как завершить один или группу процессов, но это еще не все. Чтобы правильно управлять процессами и ориентироваться в них вам нужно научиться анализировать список процессов Linux, понимать что значит каждый пункт и зачем он нужен.

В этой статье мы подробно рассмотрим как посмотреть список процессов различными способами, разберем какими бывают процессы, почему так происходит и что с этим делать.

Список процессов в Linux

Я не буду подробно рассказывать про каждую команду, которую можно применять для просмотра списка запущенных процессов, вместо этого мы пройдёмся по основным утилитам для решения этой задачи, рассмотрим как посмотреть список потоков процесса, вывести процессы, которые выполняются на определённом ядре, а также как найти скрытые процессы. Но сначала надо разобраться с терминами.

  • Процесс - если говорить простыми словами, это программа и её данные, загруженные в память компьютера;
  • Дочерний процесс - процессы могут запускать другие процессы для выполнения параллельных задач или других целей такие процессы называются дочерними. Для них выделяется отдельная область в памяти;
  • Поток - поток отличается от процесса тем, что использует ту же память, данные и дескрипторы файлов, что и процесс, в котором он был создан.

1. Утилита ps

Самый простой способ посмотреть список процессов, запущенных в текущей командой оболочке, использовать команду ps без параметров:

Но вряд-ли вас интересует именно это. Чтобы посмотреть все процессы, добавьте опцию -e, а для максимально подробной информации - опцию -F:

Вот значение основных колонок в выводе утилиты:

  • UID - имя пользователя, от имени которого работает процесс;
  • PID - идентификатор пользователя;
  • PPID - идентификатор родительского процесса;
  • C - расходование ресурсов процессора, в процентах;
  • SZ - размер процесса;
  • RSS - реальный размер процесса в памяти;
  • PSR - ядро процессора, на котором выполняется процесс;
  • STIME - время, когда процесс был запущен;
  • TTY - если процесс привязан к терминалу, то здесь будет выведен его номер;
  • TIME - общее время выполнения процесса (user + system);
  • CMD - команда, которой был запущен процесс, если программа не может прочитать аргументы процесса, он будет выведен в квадратных скобках;

Чтобы посмотреть список процессов в виде дерева, и понимать какой процесс имеет какие дочерние процессы, выполните команду:

Для просмотра списка процессов с потоками используйте опцию -L:

Здесь появятся ещё две дополнительных колонки:

  • LWP - Это сокращение от LightWeight Proccess. Идентификатор потока;
  • NLWP - количество потоков у этого процесса.

Чтобы посмотреть список процессов определенного пользователя, например, sergiy используйте опцию -u:

Теперь давайте перейдём к другим, более интересным, интерактивным утилитам.

2. Утилита top

Утилита top не поставляется вместе с системой, поэтому вам придется её установить. Для этого в Ubuntu выполните:

sudo apt install top

Программа позволяет интерактивно просматривать список запущенных процессов Linux. Чтобы вывести список процессов Linux выполните команду:

Колонки, которые выводит программа очень похожи на ps:

  • PID - идентификатор процесса;
  • USER - имя пользователя, от имени которого выполняется процесс;
  • PR - приоритет планировщика, установленный для процесса;
  • NI - рекомендуемый приоритет процесса. Это значение можно менять, может не совпадать с реальным приоритетом планировщика;
  • VIRT - всё, что находится в памяти, используется или зарезервировано для использования;
  • RES - всё, что находится в оперативной памяти и относится к процессу. Расшифровывается как Resident Memory Size, указывается в килобайтах;
  • SHR - часть памяти из RES, которую занимают ресурсы, доступные для использования другим процессам. Расшифровывается - Shared Memory Size.
  • S - состояние процесса: D - ожидает завершения операции, R - запущен, S - спит, T - остановлен, t - остановлен отладчиком, Z - зомби;
  • %CPU - процент использования ресурсов процессора;
  • %MEM - процент использования ресурсов оперативной памяти на основе колонки RES;
  • TIME - обще процессорное время, которое процесс использовал с момента запуска;
  • COMAND - команда, с помощью которой был запущен процесс.

Для того чтобы сделать вывод программы цветным, нажмите Z:

Чтобы вывести дерево процессов Linux нажмите сочетание клавиш Shift+V:

Для отображения потоков нажмите Shift + H:

Если вам недостаточно стандартных полей с информацией о процессах, вы можете нажать Shift + F и выбрать дополнительные поля, которые надо отображать. Для выбора или удаления поля используйте пробел:

3. Утилита htop

Это ещё более мощная утилита для просмотра запущенных процессов в Linux. Пользоваться ею намного удобнее. Здесь поддерживаются не только горячие клавиши, но и управление мышью. А ещё она выводит всё в цвете, поэтому смотреть на данные намного приятнее. Для установки программы выполните:

sudo apt install htop

Для того чтобы запустить выполните в терминале:

Колонки, которые вы увидите в выводе программы, аналогичны тем, что доступны в top, поэтому я не буду рассматривать их здесь отдельно. Для настройки выводимых данных нажмите кнопку F2, затем перейдите в раздел Display Options:

Здесь надо отметить Tree view для вывода списка процессов в виде дерева, а также снять отметки с пунктов Hide threads. для отображения потоков. Здесь есть как потоки пространства пользователя userland process threads, так и потоки пространства ядра - kernel threads. Теперь всё это будет отображаться:

Для того чтобы настроить какие колонки будут отображаться используйте пункт меню Columns:

Тут вы можете выбрать какие колонки отображать, а какие нет, а также можете настроить их порядок.

4. Программа Gnome Monitor

Вы можете смотреть запущенные процессы не только в терминале, но и в графическом интерфейсе. Для этого можно использовать утилиту Gnome Monitor. У неё намного меньше возможностей, по сравнению даже с ps, но зато у неё есть графический интерфейс. Вы можете запустить программу из главного меню системы:

По умолчанию утилита отображает только процессы текущего пользователя. Если вы хотите получить все процессы кликните по иконке бутерброда и выберите Все процессы:

Теперь программа отображает все запущенные процессы Linux в системе. Здесь вы можете выполнять поиск по процессам, завершать их и многое другое. Но потоков и дерева процессов программа не показывает.

5. Утилита atop

Эта программа тоже позволяет посмотреть процессы в Linux , но немного в другом ключе. Утилиту больше интересует сколько тот или иной процесс потребляет ресурсов системы. Утилита даже может показывать потребление процессами пропускной способности диска и сети, но для этого ей необходим специальный патч ядра. Для установки программы в Ubuntu выполните:

sudo apt install atop

Затем запустите её:

Вот основные колонки, которые выводит утилита и их значения:

  • PID - идентификатор процесса;
  • CID - идентификатор контейнера, используется для контейнеров Docker;
  • SYSCPU - время, потраченное процессом на выполнение в пространстве ядра;
  • USRCPU - время, потраченное процессом на выполнение в пространстве пользователя;
  • VGROW - увеличение использования памяти колонки VIRT за последний период;
  • RGROW - увеличение использования памяти колонки RSS за последний период;
  • ST - статус процесса, N - новый, E - завершенный, S и С - процесс завершен принудительно с помощью сигнала;
  • EXC - код выхода или код сигнала, которым был завершен процесс;
  • THR - общее количество потоков в этом процессе;
  • S - состояние процесса, аналогично описанному для top;
  • CPUNR - номер ядра процессора, на котором запущен основной поток процесса;
  • CPU - процент использования ресурсов процессора;
  • CMD - команда, которой была запущена программа;
  • MEM - процент использования памяти;

Для того чтобы включить отображение потоков процесса нажмите y:

Для просмотра информации о памяти нажмите m, если хотите вернутся обратно, нажмите g:

Выводы

В этой статье мы разобрали самые основные способы посмотреть список процессов в Linux, как видите есть простые способы, но есть и более сложные и информативные. Какими способами вы пользуетесь чаще всего? Напишите в комментариях!

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *