Все, что вам нужно знать о процессах в Linux
Оригинал: All You Need To Know About Processes in Linux [Comprehensive Guide]
Автор: Aaron Kili
Дата публикации: 31 марта 2017 года
Перевод: А. Кривошей
Дата перевода: август 2017 г.
Типы процессов
В Linux есть два основных типа процессов:
Что такое демоны
Это специальные типы фоновых процессов, которые запускаются при загрузке системы и остаются запущенными в виде служб, они не завершаются. Демоны запускаются как системные задачи, спонтанно. Тем не менее, пользователь может контролировать их через процесс init.
Создание процессов в Linux
Обычно новый процесс создается уже существующим процессом, который делает в памяти свою точную копию. Дочерний процесс получает то же окружение, что и его родительский процесс, отличается только номер ID.
Есть два распространенных способа создания нового процесса в Linux:
Как Linux идентифицирует процессы?
Процесс Init
Процесс Init всегда получает ID 1. Он функционирует как приемный родитель для всех осиротевших процессов.
Для определения ID процесса можно использовать команду pidof:
Найти ID процесса и ID родительского процесса для системной оболочки можно с помощью команд:
Запуск процессов в Linux
При старте команды или программы (например cloudcmd – CloudCommander), она запускает процесс в системе. Вы можете запустить процесс переднего плана (интерактивный), как показано ниже, он подключится к терминалу и пользователь сможет взаимодействовать с ним:
Фоновые процессы в Linux
Для запуска фонового процесса (неинтерактивного) используется символ &, при этом процесс не сможет читать ввод от пользователя, пока не будет перемещен на передний план.
Вы также можете отправить процесс на задний план, приостановив его с помощью [Ctrl + Z], это отправит сигнал SIGSTOP процессу, тем самым прекратив его работу; он простаивает:
Для продолжения выполнения приостановленного в фоне процесса, используется команда bg:
Для перевода процесса из фонового режима на передний план используется команда fg вместе с ID:
Состояние процесса в Linux
В зависимости от различных обстоятельств состояние процесса во время работы может меняться. В Linux процесс может находиться в следующих состояниях:
Как просмотреть активные процессы в Linux
В Linux есть несколько утилит для просмотра запущенных в системе процессов, наиболее широко известны команды ps и top:
1. Команда ps
Она выводит информацию о выбранных активных процессах, как показано ниже.
2. top – утилита системного мониторинга
3. glances – утилита системного мониторинга
Есть также еще несколько полезных программ, которые вы можете использовать для просмотра списка активных процессов, почитать о них можно по ссылкам ниже.
Управление процессами в Linux
В Linux также имеются команды для управления процессами, например kill, pkill, pgrep и killall. Ниже приведено несколько примеров их использования:
Если вы хотите подробно изучить использование этих команд, информация по ссылкам ниже.
Обратите внимание, что с их помощью вы можете завршать зависшие приложения, которые тормозят вашу систему.
Отправка сигналов процессу
Для отправки сигналов процессу используются описанные выше команды kill, pkill или pgrep. Однако программа ответит на сигнал, только если она запрограммирована распознавать такой сигнал.
Большинство сигналов предназначены для использования системой или программистами при написании кода. Следующие сигналы могут быть полезны пользователю:
SIGHUP 1 – отправляется процессу при закрытии контролирующего его терминала.
SIGINT 2 – отправляется процессу контролирующим его терминалом, если пользователь прерывает работу процесса клавишами [Ctrl+C].
SIGQUIT 3 – отправляется процессу, если пользователь посылает сигнал выхода из программы [Ctrl+D].
SIGKILL 9 – этот сигнал немедленно завершает (убивает) процесс без выполнения любых операций очистки файлов, логов и т.д.
SIGTERM 15 – это сигнал завершения работы программы (он по умоланию отправляется командой kill).
SIGTSTP 20 – отправляется процессу контролирующим его терминалом с запросом на остановку (terminal stop); инициируется при нажатии [Ctrl+Z].
Ниже приведены примеры использования команд kill для завершения работы Firefox при его зависании с использованием PID:
Для завершения программы с использованием ее названия используются команды pkill или killall:
Изменение приоритета процесса
В Linux все активные процессы имеют определенное значение приоритета (nice). Процессы с более высоким приоритетом обычно получают больше процессорного времени, чем процессы с более низким приоритетом.
Однако пользователь с привилегиями root может менять приоритет с помощью команд nice и renice.
В выводе команды top столбец NI отображает значения nice для процессов.
Вы можете использовать команду nice, чтобы задать значение nice процесса. Не забывайте, что обычный пользователь может присвоить процессу значение nice от 0 до 20, только если это процесс ему принадлежит.
Отрицательные значения nice может использовать только пользователь root.
Для понижения приоритета процесса используется команда renice:
Другие статьи об управлении процессами в Linux вы найдете на странице «Процессы в Linux-системе».
Процесcы в операционной системе Linux (основные понятия)
Основными активными сущностями в системе Linux являются процессы. Каждый процесс выполняет одну программу и изначально получает один поток управления. Иначе говоря, у процесса есть один счетчик команд, который отслеживает следующую исполняемую команду. Linux позволяет процессу создавать дополнительные потоки (после того, как он начинает выполнение).
Linux представляет собой многозадачную систему, так что несколько независимых процессов могут работать одновременно. Более того, у каждого пользователя может быть одновременно несколько активных процессов, так что в большой системе могут одновременно работать cотни и даже тысячи процессов. Фактически на большинстве однопользовательских рабочих станций (даже когда пользователь куда-либо отлучился) работают десятки фоновых процессов, называемых демонами (daemons). Они запускаются при загрузке системы из сценария оболочки.
Типичным демоном является cron. Он просыпается раз в минуту, проверяя, не нужно ли ему что-то сделать. Если у него есть работа, то он ее выполняет, а затем отправляется спать дальше (до следующей проверки).
Этот демон позволяет планировать в системе Linux активность на минуты, часы, дни и даже месяцы вперед. Например, представьте, что пользователю назначено явиться во военкомат в 3 часа дня в следующий вторник. Он может создать запись в базе данных демона cron, чтобы тот просигналил ему, скажем, в 14:30. Когда наступает назначенный день и время, демон cron видит, что у него есть работа, и запускает в назначенное время программу звукового сигнала (в виде нового процесса).
Демон cron также используется для периодического запуска задач, например ежедневного резервного копирования диска в 4 часа ночи или напоминания забывчивым пользователям каждый год за неделю до 31 декабря купить подарки для празднования нового года. Другие демоны управляют входящей и исходящей электронной почтой, очередями принтера, проверяют, достаточно ли еще осталось свободных страниц памяти и т.д. Демоны реализуются в системе Linux довольно просто, так как каждый из них представляет собой отдельный процесс, независимый от всех остальных процессов.
Процессы создаются в операционной системе Linux очень просто. Системный вызов fork создает точную копию исходного процесса, называемого родительским процессом (parent process). Новый процесс называется дочерним процессом (child process). У родительского и у дочернего процессов есть свои собственные (приватные) образы памяти. Если родительский процесс впоследствии изменяет какие-либо свои переменные, то эти изменения остаются невидимыми для дочернего процесса (и наоборот).
Открытые файлы используются родительским и дочерним процессами совместно. Это значит, что если какой-либо файл был открыт в родительском процессе до выполнения системного вызова fork, то он останется открытым в обоих процессах и в дальнейшем. Изменения, произведенные с этим файлом любым из процессов, будут видны другому. Такое поведение является единственно разумным, так как эти изменения будут видны также и любому другому процессу, который тоже откроет этот файл.
Тот факт, что образы памяти, переменные, регистры и все остальное и у родительского процесса, и у дочернего идентичны, приводит к небольшому затруднению: как процессам узнать, который из них должен исполнять родительский код, а который дочерний? Секрет в том, что системный вызов fork возвращает дочернему процессу число 0, а родительскому — отличный от нуля PID (Process IDentifier — идентификатор процесса) дочернего процесса. Оба процесса обычно проверяют возвращаемое значение и действуют соответственно:
pid = fork( ); /* если fork завершился успешно, pid > 0 в родительском процессе */
if (pid 0) <
/* здесь располагается родительский код */
> else <
/* здесь располагается дочерний код */
>
Если дочерний процесс желает узнать свой PID, то он может воспользоваться системным вызовом getpid. Идентификаторы процессов используются различным образом. Например, когда дочерний процесс завершается, его родитель получает PID только что завершившегося дочернего процесса. Это может быть важно, так как у родительского процесса может быть много дочерних процессов. Поскольку у дочерних процессов также могут быть дочерние процессы, то исходный процесс может создать целое дерево детей, внуков, правнуков и более дальних потомков.
В системе Linux процессы могут общаться друг с другом с помощью некой формы передачи сообщений. Можно создать канал между двумя процессами, в который один процесс сможет писать поток байтов, а другой процесс сможет его читать. Эти каналы иногда называют трубами (pipes). Синхронизация процессов достигается путем блокирования процесса при попытке прочитать данные из пустого канала. Когда данные появляются в канале, процесс разблокируется.
При помощи каналов организуются конвейеры оболочки. Когда оболочка видит строку вроде
sort
Виды процессов
По отношению к пользователю процесс может быть интерактивным и фоновым. Процесс может запускаться из ядра операционной системы либо из файла. В UNIX-системах существует три вида процессов, отличающихся привилегиями, режимом исполнения и наличием порождающих объектов в файловой системе.
1. Системные процессы. Они не имеют собственных исполняемых файлов и за
пускаются из ядра операционной системы. Системные процессы стартуют
при загрузке операционной системы и выполняются в течение всего сеанса
работы. Они запускаются от имени операционной системы и обладают соот
ветствующими правами. Эти процессы не общаются с пользователем, и он
может их обнаружить только просматривая список процессов. Соответствен
но, пользователь, если он не является администратором системы, не имеет
права распоряжаться этими процессами, посылая им сигналы.
Есть один процесс, который по своей сути является системным, но запускается не из ядра, а из отдельного исполняемого файла с именем init. Этот процесс является прародителем всех остальных процессов.
Демоны. Это процессы, которые также не общаются с пользователем напрямую и не могут управляться им. Они выполняются в фоновом режиме и отвечают за предоставление сервисов: печать, доступ к сетевым ресурсам и пр. Но каждому демону соответствует исполняемый файл, который обычно запускается автоматически, при загрузке системы.
Система изолирует пользовательские процессы друг от друга, от системных процессов и демонов. Каждый процесс выполняется в своем виртуальном адресном пространстве и других процессов «не видит». В многозадачной операционной системе пользовательские процессы не имеют права читать данные чужого процесса, записывать свои данные в его адресное пространство, отбирать у других задач вычислительное время и доступ к устройствам ввода-вывода.
Процессы Linux
Говоря простым языком, процесс представляет собой экземпляр выполняемой программы. Когда программа выполняется, ядро загружает ее код в виртуальную память, выделяет память под переменные программы и определяет учетные структуры данных ядра для записи различной информации о процессе (имеются в виду идентификатор процесса, код завершения, пользовательские и групповые идентификаторы).
С точки зрения ядра процессы являются объектами, между которыми ядро должно делить различные ресурсы компьютера. В случае с ограниченными ресурсами, например памятью, ядро изначально выделяет некоторый их объем процессу и регулирует это выделение в ходе жизненного цикла процесса, реагируя на потребности процесса и общие потребности системы в этом ресурсе. Когда процесс завершается, все такие ресурсы высвобождаются для повторного использования другими процессами. Другие ресурсы, такие как время центрального процессора и сетевой трафик, являются возобновляемыми, но должны быть поровну поделены между всеми процессами.
Модель памяти процесса
Процесс логически делится на следующие части, известные как сегменты.
Создание процесса и выполнение программы
процесса. Дочерний процесс наследует копии родительских сегментов данных, стека и кучи, которые затем могут изменяться независимо от своих родительских копий. (Текст программы размещается в области памяти с пометкой «только для чтения» и совместно используется двумя процессами.)
Дочерний процесс запускается либо для выполнения другого набора функций в том же самом коде, что и у родительского процесса, либо зачастую для использования системного вызова execve()) с целью загрузки и выполнения совершенно новой программы. Вызов execve()) удаляет существующие сегменты текста, данных, стека и кучи, заменяя их новыми сегментами, основываясь на коде новой программы.
В основном глагол «выполнять» ( ехес ) будет употребляться для описания операций, выполняемых execve()) и ее библиотечными функциями-надстройками.
Идентификатор процесса и идентификатор родительского процесса
У каждого процесса есть уникальный целочисленный идентификатор процесса (PID). У каждого процесса также есть атрибут идентификатора родительского процесса (PPID), идентифицирующий процесс, запросивший у ядра создание данного процесса.
Завершение процесса и код завершения
Принадлежащие процессу идентификаторы пользователя и группы (учетные данные)
У каждого процесса имеется несколько связанных с ним идентификаторов пользователей ( UID ) и групп ( GID ). К ним относятся следующие.
Привилегированные процессы
Традиционно в системах UNIX привилегированным считается процесс, чей действующий идентификатор пользователя имеет значение 0 (привилегированный пользователь, суперпользователь). Такой процесс обходит ограничения прав доступа, обычно применяемые ядром. И наоборот, непривилегированным называется процесс, запущенный другими пользователями. Такие процессы имеют ненулевой действующий UID и должны соблюдать навязываемые ядром правила разрешения доступа.
Процесс может быть привилегированным из-за того, что был создан другим привилегированным процессом, например оболочкой входа в систему, запущенной суперпользователем (root). Еще один способ получения процессом привилегированности связан с механизмом установки идентификатора пользователя ( set-user-ID ), который позволяет присвоить процессу такой же действующий идентификатор пользователя, как и идентификатор пользователя файла выполняемой программы.
Мандаты (возможности)
Начиная с ядра версии 2.2, Linux делит привилегии, традиционно предоставляемые суперпользователю, на множество отдельных частей, называемых возможностями. Каждая привилегированная операция связана с конкретной возможностью, и процесс может выполнить операцию, только если у него имеется соответствующая возможность. Традиционный привилегированный процесс (с действующим идентификатором пользователя, равным 0 ) соответствует процессу со всеми включенными возможностями.
Предоставление процессу некоторого набора возможностей позволяет ему выполнять часть операций, обычно разрешенных суперпользователю, не позволяя ему выполнять другие операции такого вида.
Процесс init
Процессы-демоны
Демоном называется процесс специального назначения, создаваемый и управляемый системой точно так же, как и другие процессы, но отличающийся от них следующими характеристиками.
Список переменных среды
Переменные среды, как в следующем примере, создаются в большинстве оболочек командой export (или командой setenv в оболочке С shell):
При предоставлении сессии командной оболочки, показывающей интерактивный ввод и вывод, текст ввода будет всегда выделяться полужирным шрифтом. Иногда в сессию будет включаться комментарий, выделенный курсивом, — в нем содержатся пояснения, касающиеся введенных команд или произведенного вывода.
Программы на языке С могут получать доступ к среде, используя внешнюю переменную ( char **environ ) и различные библиотечные функции, позволяющие процессу извлекать и изменять значения в его среде.
Ограничения ресурсов
Когда с помощью fork() создается новый процесс, он наследует копии настроек ограничений ресурсов от своего родительского процесса.
Ограничения ресурсов оболочки могут быть отрегулированы с использованием команды ulimit ( limit в оболочке С shell). Эти настройки ограничений наследуются дочерними процессами, создаваемыми оболочкой для выполнения команд.
Управление процессами в Linux
В Linux для каждой отдельной программы, при ее запуске создается процесс. Неважно запускаете программу вы вручную самостоятельно или это делает система или ядро. Например, программа инициализации, которая запускается сразу после завершения загрузки ядра тоже имеет свой процесс с идентификатором 0. Процессы в linux можно описать как контейнеры, в которых хранится вся информация о состоянии и выполнении программы. Если программа работает хорошо, то все нормально, но если она зависла или вам нужно настроить ее работу может понадобиться управление процессами в Linux.
В этой статье будет затронута обширная тема, мы рассмотрим такие возможности:
Я не мог не включить в статью первые пункты, но они очень просты и мы не будем разбирать их очень подробно. Но вот все остальное может показаться сложным и недостаточно описанным.
Что такое процесс?
Например, посмотрим папку процесса 1. В папке есть другие под каталоги и много файлов. Файл cmdline содержит информацию о команде запуска процесса:
Поскольку у меня используется система инициализации Systemd, то и первый процесс запускается для нее. С помощью каталога /proc можно сделать все. Но это очень неудобно, особенно учитывая количество запущенных процессов в системе. Поэтому для реализации нужных задач существуют специальные утилиты. Перейдем к рассмотрению утилит, которые позволяют реализовать управление процессами в Linux.
Управление процессами в Linux
Давайте установим htop, если она у вас еще не установлена. В Ubuntu это делается так:
sudo apt install htop
В других дистрибутивах вам нужно просто использовать свой менеджер пакетов. Имя пакета такое же.
Посмотреть запущенные процессы
Это очень простая задача, и также просто она решается. Для этого существует множество утилит, начиная от обычной ps, до более продвинутых интерактивных top, htop и так далее.
Открыв htop, мы сразу видим список запущенных процессов. Конечно, здесь отображены не все процессы linux, их-то в системе очень много, вы уже знаете, все они на один экран не поместятся. По умолчанию выводятся процессы, запущенные от имени вашего пользователя:
Вы можете увидеть такую информацию о процессе:
К отображению можно добавить и дополнительные параметры, но эти главные. Добавить параметры можно с помощью меню Setup. Там все очень просто, читайте подсказки и следуйте указаниям. Например, добавлен параметр PPID:
Очень важной особенностью программы есть то, что вы можете сортировать процессы в Linux по нужному параметру. Просто кликните по названию параметра, оно выделится зеленым и будет выполнена сортировка. Например, хотите посмотреть в каком порядке запускались процессы, сортируем по PID:
Также есть интересная возможность разместить процессы в виде дерева. Вы сможете увидеть, каким процессом был запущен тот или иной процесс. Для отображения дерева нажмите кнопку F5:
Почти те же действия вы можете выполнять с помощью программы ps. Только здесь нет такого удобного интерактивного режима. Все делается с помощью опций.
Рассмотрим основные опции, которые будем использовать:
Одним словом, чтобы посмотреть все активные на данный момент процессы в linux, используется сочетание опций aux:
Программа показывает все те же параметры, только здесь нет интерактивного интерфейса. Думаете здесь нельзя отсортировать процессы, но ошибаетесь, можно. Для этого есть опция sort. Вы можете сортировать их по любому полю, например:
В качестве поля для сортировки могут быть использованы приоритеты процессов Linux или любые другие параметры. Также вы можете обрезать вывод, если не нужно выводить всю информацию:
Казалось бы, у ps нет возможности стоить деревья процессов. Но не совсем, для этого существует отдельная команда:
Поиск процессов в Linux
Чтобы найти процесс linux в htop можно использовать кнопку F3. Нажмите F3 и наберите нужное слово. Дальше чтобы перейти к следующему вхождению нажимайте F2 или Esc для завершения поиска:
Для поиска процессов в htop можно использовать также фильтр htop. Нажмите F4, введите слово и будут выведены только процессы linux, имя которых включает это слово.
В утилите ps фильтрации нет, но зато мы можем использовать утилиту grep, перенаправив вывод ps на нее чтобы найти процесс linux:
ps aux | grep chromium
Это очень часто употребляемая команда.
Изменение приоритета процессов
Но и для решения этой задачи управления процессами Linux необязательно использовать htop. Вы можете сделать все и другими командами. Например, команда nice. С помощью нее вы можете указать приоритет для запускаемого процесса:
Или изменить приоритет для уже существующего по его pid:
Завершение процессов в Linux
Система для управления процессами использует определенные сигналы, есть сигналы, которые указывают процессу завершиться. Вот несколько основных сигналов:
Вообще сигналов есть несколько десятков, но мы не будем их рассматривать. Отправим сигнал SIGKILL:
Также можно воспользоваться утилитой kill:
Также можно уничтожить процесс по имени:
Ограничение процессов
Управление процессами в Linux позволяет контролировать практически все. Вы уже видели что можно сделать, но можно еще больше. С помощью команды ulimit и конфигурационного файла /etc/security/limits.conf вы можете ограничить процессам доступ к системным ресурсам, таким как память, файлы и процессор. Например, вы можете ограничить память процесса Linux, количество файлов и т д.
Запись в файле имеет следующий вид:
Жесткие ограничения устанавливаются суперпользователем и не могут быть изменены обычными пользователями. Мягкие, soft ограничения могут меняться пользователями с помощью команды ulimit.
Рассмотрим основные ограничения, которые можно применить к процессам:
Например, ограничим процессорное время для процессов пользователя sergiy:
sergiy hard nproc 20
Посмотреть ограничения для определенного процесса вы можете в папке proc:
Max cpu time unlimited unlimited seconds
Max file size unlimited unlimited bytes
Max data size unlimited unlimited bytes
Max stack size 204800 unlimited bytes
Max core file size 0 unlimited bytes
Max resident set unlimited unlimited bytes
Max processes 23562 23562 processes
Max open files 1024 4096 files
Max locked memory 18446744073708503040 18446744073708503040 bytes
Max address space unlimited unlimited bytes
Max file locks unlimited unlimited locks
Max pending signals 23562 23562 signals
Max msgqueue size 819200 819200 bytes
Max nice priority 0 0
Max realtime priority 0 0
Max realtime timeout unlimited unlimited us
Ограничения, измененные, таким образом вступят в силу после перезагрузки. Но мы можем и устанавливать ограничения для текущего командного интерпретатора и создаваемых им процессов с помощью команды ulimit.
Например, мы можем установить новое ограничение для количества открываемых файлов:
Установим лимит оперативной памяти:
Напоминаю, что это ограничение будет актуально для всех программ, выполняемых в этом терминале.
Выводы
Вот и все. Теперь управление процессами в Linux не вызовет у вас проблем. Мы рассмотрели очень даже подробно эту тему. Если у вас остались вопросы или есть предложения по дополнению статьи, пишите в комментариях!