《UNIX/Linux系统管理技术手册-读书笔记-第四章

1. 进程的组成与关键属性

概念	说明	能做什么
地址空间	内存页集合（代码、库、变量、栈）	进程运行的基础
内核数据结构	状态、优先级、资源占用、打开文件、信号掩码、属主等	内核管理进程的依据
线程	进程内的执行上下文（每个线程有自己的栈和CPU上下文）	多线程可利用多核并行处理（如Apache、BIND）

关键属性速查：

属性	全称	作用
PID	进程ID	唯一标识，操作进程时指定
PPID	父进程ID	追踪进程来源（谁创建了它）
UID / EUID	真实用户ID / 有效用户ID	UID=创建者；EUID=决定当前访问权限（setuid时不同）
GID / EGID	真实组ID / 有效组ID	类似UID/EUID，setgid程序使用
saved UID/GID	保存的ID	允许程序临时放弃并恢复特权（setuid程序安全设计）
友善度（nice）	调度优先级暗示	值越高越“友善”（优先级越低），范围 -20~+19（Linux）
控制终端	关联的终端（或伪终端）	决定stdin/stdout/stderr，接收键盘信号（Ctrl+C等）

Linux还有FSUID（文件系统UID），非标准，极少使用。

2. 进程生命周期

阶段	系统调用/操作	说明
创建	`fork()`	复制父进程，生成子进程（返回值：子进程得到0，父进程得到子进程PID）
加载新程序	`exec()` 系列	替换当前进程的内存映像，执行新程序
终止	`exit()`	进程结束，返回退出码（0=成功）
父进程回收	`wait()`	父进程获取子进程退出状态和资源统计
孤儿进程	父进程先于子进程死亡	内核将孤儿过继给 init/systemd（PID=1），由它们回收
僵尸进程	子进程已退出，父进程尚未`wait()`	占用进程表项，需排查父进程为何不回收

内核自建进程：引导时内核创建 init/systemd（PID=1），是所有进程的祖先。

3. 信号（进程级中断）

信号名	编号	默认行为	能否捕获/阻塞	用途
HUP	1	终止	能/能	①守护进程重新读取配置（如nginx -s reload）②终端挂断
INT	2	终止	能/能	Ctrl+C，中断当前操作
QUIT	3	终止+core	能/能	Ctrl+\，类似TERM但生成core
KILL	9	终止	不能	强制杀死进程（终极手段）
TERM	15	终止	能/能	请求进程正常退出（默认kill信号）
STOP	17	停止	不能	挂起进程（不可捕获）
TSTP	18	停止	能/能	Ctrl+Z，请求停止（软版本）
CONT	19	继续	能（不能阻塞）	恢复被STOP/TSTP的进程
USR1/USR2	30/31	终止	能/能	用户自定义（如Apache用USR1平滑重启）
BUS/SEGV	10/11	终止+core	能/能	内存访问错误（程序崩溃常见）

信号处理方式：

捕获（自定义处理程序）
忽略（丢弃）
阻塞（排队，解除阻塞后仅调用一次处理程序）
默认（由内核处理）

💡 kill -l 可列出所有信号名。

4. 进程管理命令

4.1 kill / killall / pkill：发送信号

命令	语法	功能
`kill`	`kill [-signal] pid`	向指定PID发送信号（默认TERM）
`kill -9 pid`	强制杀死（KILL，不可捕获）	普通kill无效时使用
`killall`	`killall httpd`	按名字杀死所有匹配进程
`pkill`	`pkill -u ben`	按属性（用户名、进程名等）发送信号

kill -9 是最后手段，先尝试TERM（15）让进程自己清理。

4.2 ps：进程快照

常用用法	说明	典型输出字段
`ps aux`	显示所有进程（面向用户格式）	USER, PID, %CPU, %MEM, VSZ, RSS, TTY, STAT, TIME, COMMAND
`ps lax`	显示所有进程（长格式，速度快）	增加 PPID, PRI, NI, WCHAN
`ps aux \| grep sshd`	查找特定进程	注意grep自身也会出现，可用`grep -v grep`过滤

STAT状态标志：

R = 可运行
D = 不可中断睡眠（常与NFS hard挂载相关，无法杀死）
S = 睡眠（<20秒）
T = 停止/跟踪
Z = 僵尸
附加：<=高优先级，N=低优先级，s=会话控制进程

💡 pidof 和 pgrep 也可快速获取PID。

4.3 top / htop：动态实时监控

命令	功能	重点观察
`top`	实时刷新进程列表（默认CPU占优排序）	前三行：负载平均值、任务数、CPU使用率、内存/交换
`top -q`	最高优先级运行（root）	系统濒死时追踪问题进程
`htop`	增强版top（更美观，交互更强）	需额外安装

多核CPU：top运行时按1切换显示各核心使用率（Linux）。

内存列：VIRT（虚拟内存）、RES（驻留物理内存）、DATA（数据段+栈，更准确反映进程独占内存）。

4.4 nice / renice：调整调度优先级

命令	功能	注意事项
`nice -n 5 ./longtask`	以较低优先级启动进程（增加5个nice值）	普通用户只能增加nice（降低优先级）
`sudo renice -5 8829`	将PID 8829的nice设为-5（提高优先级）	root可任意设置
`sudo renice 5 -u bogs`	将用户bogs的所有进程nice设为5

范围：Linux -20~+19，FreeBSD -20~+20。
如今手动调整已较少，但批量任务可降低优先级以免影响交互响应。

5. /proc 文件系统（Linux）

路径	内容	用途
`/proc/<PID>/`	每个进程的子目录	查看进程详细信息
`/proc/<PID>/cmdline`	完整命令行（null分隔）	用`tr '\0' '\n'`可读
`/proc/<PID>/environ`	环境变量（null分隔）	同上
`/proc/<PID>/fd/`	打开的文件描述符链接	查看进程打开了哪些文件
`/proc/<PID>/maps`	内存映射（共享库等）	调试依赖
`/proc/<PID>/cwd`	当前工作目录符号链接
`/proc/<PID>/root`	chroot后的根目录链接

/proc下文件大小显示0字节（动态生成），用cat或less查看。
FreeBSD的/proc已废弃，需手动挂载mount -t procfs proc /proc，但布局略有不同。

6. strace / truss：系统调用跟踪

命令	平台	功能
`strace -p PID`	Linux	附着到运行进程，实时输出系统调用和信号
`strace -f -e trace=file cp ...`	Linux	跟踪子进程，只显示文件操作
`truss cp /etc/passwd /tmp/pw`	FreeBSD	类似strace

典型用途：

排查进程为何无法打开配置文件（权限/路径错误）
找出进程卡住的原因（等待什么资源）
分析进程行为是否异常（如恶意软件）

💡 输出量大，但关注返回错误（非0）的系统调用即可快速定位问题。

7. 失控进程排查

现象	排查命令	解决方法
CPU占用过高	`top`/`ps`查看%CPU	确认是否正常（如计算密集型任务），异常则kill
内存占用过高	`top`的VIRT/RES/DATA列	查看是否内存泄漏，必要时重启服务
文件系统被写满	`df -h`找满的文件系统；`du -h`逐级定位大目录	找到大文件（可能是core文件或日志），删除或截断
进程无法杀死（D状态）	`ps`看到STAT=D（不可中断睡眠）	通常因NFS hard挂载或I/O故障，只能重启系统

df vs du不一致：若df显示已满但du统计不到，可能是文件已被删除但仍被进程打开（lsof或fuser可查）。

排查步骤：

uptime查看负载（1/5/15分钟平均）
top看CPU使用率（若接近100%则CPU-bound；若idle高但负载高，则I/O-bound）
针对高CPU进程，用strace跟踪看其行为
确定是bug则kill，并考虑升级或修复

8. 周期性任务调度

8.1 cron（传统）

概念	说明
crontab文件	每个用户的调度配置文件，位于`/var/spool/cron/`（Linux）或`/var/cron/tabs/`（FreeBSD）
crontab命令	`crontab -e`编辑，`-l`列出，`-r`删除；root可用`-u user`管理他人
格式	`minute hour day month weekday command`（6字段）
特殊语法	``任意，`1-5`范围，`/10`步进，`1,3,5`列表
%	在command中表示换行，第一个%前为命令，之后作为stdin输入

示例：

# 每个月 25 号，早上 04:30 执行发送邮件
30 4 25 * * /usr/bin/mail -s "TPS report" [email protected]%TPS due!%
# 每周一、三、五，全天每 10 分钟执行一次
*/10 * * * 1,3,5 echo ruok | nc localhost 2181 | mail -s "status" admin

系统级crontab：

/etc/crontab：多出username字段，指定运行身份
/etc/cron.d/：类似，软件包可安装自己的调度
/etc/cron.hourly/、/etc/cron.daily/等：由系统crontab调用的脚本目录

环境问题：cron执行的shell不是登录shell，环境变量（PATH等）可能缺失，建议使用绝对路径或在crontab顶部设置PATH=/bin:/usr/bin。

访问控制：

/etc/cron.allow（白名单）存在则仅列表内用户可用
否则检查/etc/cron.deny（黑名单）
两者均不存在时行为不定（通常允许所有）

不要直接编辑/var/spool/cron/下的文件，用crontab -e，否则cron可能未感知修改。若修改后无反应，可kill -HUP <cron-pid>强制重载。

8.2 systemd计时器（Timer）

特性	说明
组成	计时器单元（.timer）+ 服务单元（.service）
时间类型	`OnBootSec`（引导后）、`OnActiveSec`（计时器激活后）、`OnCalendar`（绝对日期/时间）
示例	`OnBootSec=15min`，`OnUnitActiveSec=1d`（每天一次）
精度调整	`AccuracySec=1ns`（高精度），默认60s（随机延迟防风暴）
临时计时器	`systemd-run --on-calendar '*:0/10' /bin/sh -c "cmd"`
管理	`systemctl list-timers`，`systemctl start/stop timer`

时间表达式（OnCalendar）：

2017/7/4                # 2017-07-04 00:00:00
*-*-* 12:00:00          # 每天中午
Mon 17:00:00            # 每周一下午5点
monthly                 # 每月1日午夜
*:0/10                  # 每10分钟（从整点开始）

优势：支持相对时间、可随机延迟（防风暴）、可直接systemctl start service调试。

现状：本书示例系统仍保留cron，但有些发行版（如CoreOS）已完全转向systemd timer。两者可共存。

9. 本章核心命令速查表

命令	用途
`ps aux` / `ps lax`	查看进程快照
`top` / `htop`	实时监控进程
`kill [-signal] PID`	发送信号（默认TERM）
`kill -9 PID`	强制杀死（终极）
`killall name` / `pkill -u user`	按名或属性杀进程
`nice -n incr command`	以指定优先级启动
`renice prio PID`	调整运行中进程优先级
`strace -p PID`（Linux）	跟踪系统调用和信号
`truss cmd`（FreeBSD）	同strace
`lsof` / `fuser`	查看文件被哪些进程占用
`df -h` / `du -h`	检查磁盘使用
`uptime`	查看系统负载平均值
`crontab -e/-l/-r`	管理cron任务
`systemctl list-timers`	查看systemd计时器
`systemd-run --on-calendar ...`	创建临时计时器

DBA视角补充：

数据库进程（如mysqld、postmaster）通常有多个线程/进程，ps时注意区分主进程和worker。

数据库进程的失控常表现为高CPU或高I/O，需结合数据库自身监控（如SHOW PROCESSLIST）和系统工具（top、iotop）共同诊断。

cron作业常用于数据库备份（mysqldump）、优化（mysqlcheck）、归档清理等，注意错峰执行，避免多个数据库同时备份引发I/O风暴；systemd timer的随机延迟特性可避免此问题。

信号方面，数据库通常捕获TERM进行优雅关闭（等待事务完成），直接kill -9可能导致数据损坏，优先使用服务管理命令（systemctl stop）或数据库自身关闭命令。