第13章 进程

背景：进程是正在运行程序的实例；内核通过时间片轮转实现多进程假象，调度器负责调度。本章聚焦 shell 脚本日常实操：查看进程、信号控制、trap捕获、系统调用追踪、任务调度、/proc虚拟文件。

13.1 进程建立

概念

新进程依靠内核系统调用 fork()、execve() 创建；进程调用 exit() 结束。 shell 执行外部命令就会创建新进程。

shell启动的进程自带特性

  1. 内核上下文：内核保存进程管理信息
  2. 私有虚拟地址空间：进程之间内存互相隔离，互不干扰
  3. 默认打开3个文件描述符：标准输入、标准输出、标准错误
  4. 交互终端启动的进程拥有控制终端，可以接收键盘信号(Ctrl‑C等)
  5. shell提前完成通配符展开，程序不需要自己处理
  6. 自带环境变量区域，程序可读取环境变量

配套命令

  • uptime：查看系统平均负载，输出 1分钟、5分钟、15分钟 负载
  • nice / renice：修改进程运行优先级

示例

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uptime
#  1:51pm  up 298 day(s), 15:42, 32 users, load average: 3.51, 3.50, 3.55

13.2 进程列表

1.ps 查看进程

ps 两大流派：System‑V、BSD，很多系统两者都支持。

流派 命令 说明
System‑V ps -efl 完整长格式输出
BSD ps aux 常用，显示CPU、内存占用

关键字段

  • PID：进程唯一ID；shell变量 $$ 获取当前脚本PID
  • PPID：父进程ID；父进程退出，孤儿进程会被 PID=1（init）收养
  • USER/UID：进程所属用户
  • %CPU / %MEM：CPU、内存占用
  • COMMAND：执行的命令

2.top 动态实时监控进程

  • 默认按CPU占用从高到低排序，实时刷新
  • 可以按?查看top内置快捷键

shell作业控制（交互终端）

命令 作用
命令 & 后台运行进程
jobs 查看当前shell后台作业
fg %编号 后台进程切到前台
bg %编号 暂停进程放到后台继续跑
wait 等待后台进程结束；wait PID等待指定进程

前台进程快捷键

  • Ctrl‑C：INT信号，终止程序
  • Ctrl‑Z：SUSP信号，暂停程序
  • Ctrl‑\：QUIT，终止并生成core转储文件

示例脚本1：simple‑top（简易top）

原理：死循环，重复执行ps、排序、sleep休眠，模拟top效果

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#! /bin/sh -
IFS='
'
PATH=/usr/ucb:/usr/bin:/bin
export PATH
HEADFLAGS="-n 20"
PSFLAGS="aux"
SLEEPFLAGS=5
SORTFLAGS="-k3nr -k1,1 -k2n"
HEADER="ps $PSFLAGS | head -n 1"
while true
do
    clear
    uptime
    echo "$HEADER"
    ps $PSFLAGS | sed -e 1d | sort $SORTFLAGS | head $HEADFLAGS
    sleep $SLEEPFLAGS
done

示例脚本2：puser，按用户统计进程数量

管道链路：ps输出 → sed去掉表头 → egrep过滤用户 → sort排序 → uniq计数 → awk格式化输出

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#! /bin/sh -
IFS='
'
PATH=/usr/local/bin:/usr/bin:/bin
export PATH
EGREPFLAGS=
while test $# -gt 0
do
    if test -z "$EGREPFLAGS"
    then
        EGREPFLAGS="$1"
    else
        EGREPFLAGS="$EGREPFLAGS|$1"
    fi
    shift
done
if test -z "$EGREPFLAGS"
then
    EGREPFLAGS="."
else
    EGREPFLAGS="^($EGREPFLAGS) "
fi
case "`uname -s`" in
    *BSD|Darwin) PSFLAGS="-a -e -o user,ucomm -x" ;;
    *)           PSFLAGS="-e -o user,comm" ;;
esac
ps $PSFLAGS |
sed -e 1d |
EGREP_OPTIONS= egrep "$EGREPFLAGS" |
sort -b -k1,1 -k2,2 |
uniq -c |
sort -b -k2,2 -k1nr,1 -k3,3 |
awk '
    user = (LAST == $2) ? "" : $2
    LAST = $2
    printf("%-15s\t%2d\t%s\n", user, $1, $3)
'

使用

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./puser          #全部用户
./puser root     #只看root用户

13.3 进程控制与删除（信号signal）

基础概念

kill：不是直接杀死进程，是发送信号给进程。 进程可以捕获、忽略大部分信号；仅有两个信号无法捕获：KILL、STOP。

查看系统全部信号

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kill -l

常用信号清单

信号 作用
TERM kill不带参数默认信号；优雅终止，程序做清理工作
HUP 挂断；守护进程收到，通常重读配置文件
KILL 强制杀死，终极手段，无法捕获，跳过清理逻辑
STOP 暂停进程，无法捕获；CONT恢复被暂停进程
USR1 / USR2 用户自定义信号，程序自己定义行为

最佳实践关闭失控进程：kill -HUP PID → kill -TERM PID → 万不得已才用 kill -KILL PID

按进程名操作

  • pgrep 进程名：按名字查找PID
  • pkill 信号 进程名：按名字发信号；风险：进程名不唯一，容易误杀别的进程

示例

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pgrep netscape
pkill -TERM netscape

shell trap：脚本捕获信号

语法：trap '要执行的命令' 信号名

特殊伪信号

  1. EXIT：脚本退出时一定执行，最常用，用来清理临时文件
  2. DEBUG：每条命令执行前后触发，不同shell行为不一致，不要写可移植脚本用它
  3. ERR：命令非0退出触发；命令替换失败不会触发，兼容性差

示例脚本 looper

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#! /bin/sh -
trap 'echo 收到HUP信号' HUP
trap 'echo 收到USR1，脚本退出; exit 1' USR1
trap 'echo 脚本结束，执行清理' EXIT

while true
do
    sleep 2
    date > /dev/null
done

后台运行测试

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./looper &
kill -HUP  进程号
kill -USR1 进程号

注意：优先使用信号名字，不要用数字编号，可移植性更好。

13.4 系统调用追踪

作用

不依赖源代码，跟踪程序每一条内核系统调用（open/fork/execve/unlink等）；排查：程序找哪些配置文件、卡死原因、残留锁文件。

各平台工具

系统 追踪工具
Linux strace
Solaris truss
BSD/macOS ktrace + kdump

示例 Linux strace

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#跟踪命令
strace -e trace=process /bin/sh

#跟踪已经在运行的进程PID
strace -p 1234

#只跟踪文件相关系统调用
strace -e trace=file ./app

典型使用场景：查找程序残留lock锁文件

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truss -f -o log.log mozilla
grep -i lock log.log

13.5 进程记账 process accounting

  • 默认关闭；内核记录每一个进程结束后的资源消耗（CPU、运行时间）
  • 二进制日志文件，需要专用工具解析
  • 工具：acctcom、lastcomm、sa

示例

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acctcom -a | cut -d' ' -f1 | sort | uniq -c | sort -k1nr | head -n10

13.6 延迟进程调度

1.sleep：休眠一段时间

休眠进程几乎不消耗CPU；脚本循环延时、等待场景大量使用。

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sleep 5      #休眠5秒

2.at：一次性未来某个时刻执行任务

命令 说明
at 21:00 < cmdfile 晚上21点执行文件内命令
at now + 10 minutes < cmdfile 10分钟后执行
atq 查看at任务队列
atrm 任务编号 删除at任务

示例：准备命令文件 cmdfile，新建文件 cmdfile，里面写要跑的命令：

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# cmdfile 内容（普通文本，不需要#!/bin/sh也可以，at默认用/bin/sh执行）
echo "任务执行了 $(date)" >> /tmp/at_log.txt
cat /etc/hostname >> /tmp/at_log.txt
echo "done" >> /tmp/at_log.txt

权限文件：

  • /etc/at.allow：写在这里的用户，才允许用 at
  • /etc/at.deny：写在这里的用户禁止使用 at
  • 如果两个文件都不存在，只有 root 可以使用 at。

3.batch：系统空闲时执行任务

系统负载低的时候才跑任务，读取标准输入的命令

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batch < cmdfile

batch 与 at 的对比

命令 触发条件 适合场景
at 21:00 < file 固定时刻执行一次 明确知道几点跑，比如今晚 21 点备份
batch < file 系统负载低于阈值才执行 非紧急、耗 CPU 的任务；希望不打扰用户交互；不知道什么时候有空

4.crontab：周期性定时任务

守护进程 cron，循环执行定时任务。

操作命令

  • crontab -l：列出当前用户定时任务
  • crontab -e：编辑定时任务
  • crontab -r：全部删除定时任务（不可恢复，建议先备份）

crontab格式

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#分 时 日 月 星期    命令
#0‑59 0‑23 1‑31 1‑12 0‑6(0代表周日)

示例

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15 * * * * /home/test/run.sh     #每小时15分执行
0 2 1 * *  /home/test/run.sh     #每月1号凌晨2点执行
0 6 * * 1  /home/test/run.sh     #每周一早上6点

工程建议：crontab只调用shell脚本，业务逻辑写在脚本内部，方便维护。
权限控制文件：cron.allow / cron.deny

备份crontab

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crontab -l > $HOME/.crontab.`hostname`

13.7 /proc 虚拟文件系统(Linux为主)

不是真实磁盘文件；读取时内核实时生成数据，文件大小显示为0。

目录结构

  • /proc/PID：每个进程一个目录，PID为目录名
    • /proc/PID/cmdline：进程启动命令
    • /proc/PID/fd：进程打开的所有文件描述符
    • /proc/PID/status：进程状态信息
  • /proc/meminfo：内存信息
  • /proc/cpuinfo：CPU硬件信息

示例

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ls /proc/1234
cat /proc/1234/cmdline
cat /proc/meminfo

注意：不要直接scp/tar拷贝/proc下文件，会异常。

13.8 本章小结

  1. 进程拥有独立私有地址空间；shell外部命令依靠fork/exec创建子进程。
  2. 终止进程优先优雅信号TERM，KILL是最后手段，会跳过程序清理，容易残留锁文件。
  3. shell脚本使用 trap EXIT，脚本退出自动做资源清理，提升健壮性。KILL、STOP无法被捕获。
  4. 排查程序行为，系统调用追踪工具 strace/truss非常实用，不需要源代码。
  5. 任务调度
    • sleep：短暂延时
    • at：一次性未来时刻
    • crontab：周期重复执行
  6. /proc虚拟文件系统，以文件接口直接读取内核的进程、硬件信息。