Linux进程的原理及与信号的联系

第1节　程序、进程、守护进程、僵尸进程的区别

程序、进程、守护进程、僵尸进程：

• 程序：c/php/java，代码文件，静态的，放在磁盘里的数据。
• 进程：正在内存中运行的程序，进程是动态的，会申请和使用系统资源，并与操作系统内核进行交互。
• 进程运行：系统把程序放在内存里执行。
• 守护进程：在内存持续保持运行着的程序。
• 僵尸进程：是因为子进程在没有执行完毕之前，自己的父进程被kill掉，父进程无法通知内核清理回收；子进程就成为了一个没娘的孩子，任由它自身自灭。

第2节　多任务与CPU

多任务与CPU：

1. 现在所有的操作系统（分时设计,例如CentOS）都能"同时"运行多个进程，也就是多任务或者说是并行执行。但实际上这是人类的错觉，一颗物理cpu在同一时刻只能运行一个进程，只有多颗物理cpu才能真正意义上实现多任务。
2. cpu如何选择下一个要执行的进程，这是一件非常复杂的事情。在Linux上，决定下一个要运行的进程是通过"调度类"(调度程序)来实现的。程序何时运行，由进程的优先级决定（renice命令调整进程的优先度），但要注意，优先级值越低，优先级就越高，就越快被  调度类选中。除此之外，优先级还影响分配给进程的时间片长短。在Linux中，改变进程的nice值，可以影响某类进程的优先级值。
3. 进程切换被CPU执行时，内核会将每个进程临时停止时的运行时环境(寄存器中的内容和页表)保存下来(保存位置为内核占用的内存)，这称为保护现场，在下次进程恢复运行时，将原来的运行时环境加载到cpu上，这称为恢复现场，这样cpu可以在当初的运行时环境下继续执行。
4. 在进程的优先级相同下；Linux的调度器不是通过cpu的时间片流逝来选择下一个要运行的进程的，而是考虑进程的等待时间，即在就绪队列等待了多久
5. cpu的衡量单位是时间，就像内存的衡量单位是空间大小一样。进程占用的cpu时间长，说明cpu运行在它身上的时间就长。注意，cpu的百分比值不是其工作强度或频率高低，而是"进程占用cpu时间/cpu总时间"，这个衡量概念一定不要搞错。

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第3节　父子进程及创建方式（资源，shell实现）

图1：

执行shell脚本 ：               基本上与执行bash命令基本一致，只加载父进程的各命令路径。
执行shell的内置bash命令：fork出来的子进程完成继承父进程，但为保护父进程的环境，所有子进程会重新加载环境，使用新的变量。在内置命令角度，没有创建子进程，$BASH_SUBSHELL的值为0。在新的环境及父进程的角度，可以是创建子进程。
图2：

[jeson@mage-jump-01 ~/]$exec echo "123"
123
回到了登录界面

执行shell内置命令：父进程不会创建子进程运行内置命令，若内置命令在管道后面，则与管道左边的进程属于一个进程组。
shell内置命令source ：将脚本的变量继承到当前进程中。一般用于加载环境配置类脚本

图4:

[jeson@mage-jump-01 ~/]$cp text.sh /tmp/
[jeson@mage-jump-01 ~/]$

执行非bash内置命令：    fork一个进程出来，然后利用exec替代子进程。
非内置命令的命令替换： 遇到替换命令 `command` 或 $(command)，将开启一个fork子进程处理。

 小结：

　　在bash环境中，执行bash命令所产生的子进程，是不会全部继承父进程的全部环境变量，一般只继承少量的环境变量（Path路径等） ，因此在脚本设计中或有计划的创建子进程实现某些功能时，考虑父进程的环境变量是否能被子进程继承是重点之一（比如Java变量，java在父进程可以运行，在脚本中却报错了，就是因为脚本（这个儿子没有继承父亲的某些彪悍的优点）没有继承父进程的java变量，所以在脚本中需要另外添加Java的变量即可。

第4节　各进程与CPU的状态

以 cp /etc /tmp/ 为例进行说明：

　　在当前bash环境下，当执行cp命令时，首先fork出一个bash子进程（即前台），然后在子bash执行exec加载cp程序，cp子进程进入等待队列，由于在命令行下敲的命令，所以优先级较高，调度类很快选中它。在cp这个子进程执行过程中，父进程bash会进入睡眠状态（即后台），并等待被唤醒，此刻bash无法和人类交互。当cp命令执行完毕，它将自己的退出状态码告知父进程，此次复制是成功还是失败，然后cp进程自己消逝掉，父进程bash被唤醒再次进入等待队列，并且此时bash已经获得了cp退出状态码，根据状态码这个"信号"，父进程bash知道了子进程已经终止，所以通告给内核，内核收到通知后将进程列表中的cp进程项删除。至此，整个cp进程正常完成。

　　有时也会发生意外，导致僵尸进程的产生；是因为子进程在没有执行完毕之前，自己的父进程被kill掉，父进程无法通知内核清理回收；子进程就成为了一个没娘的孩子，任由它自身自灭。

第5节　jobs与父子进程的前后台，fuser，lsof

 用以下的例子进行说明：

[jeson@mage-jump-01 ~/]$sleep 100& sleep 150& sleep 200&       

[1] 5027

[2] 5028

[3] 5029

[jeson@mage-jump-01 ~/]$jobs -l    #表示 list jobs 里的tables

[1]    5027  Running   sleep 100 &   #（[1]： 后台进程的编号     空： CPU正在执行    5027： PID号   Done：     运行完成）

[2] -  5028  Running   sleep 150 &   #（[2]： --------------      -：  CPU下个执行    5028： PID号   Stopped：运行暂停）

[3] +  5029  Running   sleep 200 &   #（[3]： --------------    +：  在队列中等待    5029： PID号   Running：正在运行）

  进程前、后台的切换以及转移到服务端init进程下：

 小结：

　　bash 环境下，将子进程放入后台运行，是实现无限接近并发的效果。

第5节　信号与进程与kill,pkill,killall

信号是软件层次上对（硬）中断的一种模拟，通知进程发送了什么事件（而不是对进程传递数据），令进程改变某些行为。信号是操作系统规范进程改变自身的某种行为。

一般情况下完善的程序设计，在子进程终止、退出的时候，会发送SIGCHLD信号给父进程，父进程收到信号就会通知内核清理该子进程相关信息。

同时，信号也提供了人工干预进程的方式（比如手机上要有关机键，操作系统中有关机的选项，电脑主机上要有重启键），以下命令实现给进程发送信号

kill -s signal pid # kill -s HUP pid1 ... 或 kill -s HUP pid kill -signal pid  # kill -9 pid1 pid2 ... 或 kill -HUP pid kill pid #默认 -15

pkill

killall

键盘上的组合键 如：ctrl+c , ctrl+z ,ctrl+d

常用信号（kill -l #列出所有信号）：

Signal	Value	Comment
SIGHUP		终端退出时，此终端内的进程都将被终止
SIGINT		中断进程，可被捕捉和忽略，几乎等同于sigterm，所以也会尽可能的释放执行clean-up，释放资源，保存状态等(CTRL+C)
SIGQUIT		从键盘发出杀死(终止)进程的信号
SIGKILL		强制杀死进程，该信号不可被捕捉和忽略，进程收到该信号后不会执行任何clean-up行为，所以资源不会释放，状态不会保存
SIGTERM		杀死(终止)进程，可被捕捉和忽略，几乎等同于sigint信号，会尽可能的释放执行clean-up，释放资源，保存状态等
SIGCHLD		当子进程中断或退出时，发送该信号告知父进程自己已完成，父进程收到信号将告知内核清理进程列表。所以该信号可以解除僵尸进程，也可以让非正常退出的进程工作得以正常的clean-up，释放资源，保存状态等。
SIGSTOP		该信号是不可被捕捉和忽略的进程停止信息，收到信号后会进入stopped状态
SIGCONT		发送此信号使得stopped进程进入running，该信号主要用于jobs，例如bg & fg 都会发送该信号。可以直接发送此信号给stopped进程使其运行起来
SIGTSTP		该信号是可被忽略的进程停止信号(CTRL+Z)
SIGUSR1		用户自定义信号1
SIGUSR2		用户自定义信号2

第5节　利用信号实现跳板机功能

　　　　   链接为： trap实现跳板机

第6节　进程与管道

无名管道(pipe)：

　　在Linux下，你可以通过"|"连接两个程序，这样就可以用它来连接后一个程序的输入和前一个程序的输出，因此被形象地叫做个管道。父进程往第一个文件描述符里头写入东西后，子进程可以从第一个文件描述符中读出来。

　　实际上当我们输入这样一组命令的时候（echo "hi fd" | cat ），前面一个进程的输出关联（重定向）到管道的输出文件描述符，把后面一个进程的输入关联到管道的输入文件描述符。注意：两个命令都要同时存在。

　　进程echo将内容到标准输出（文件描述符为fd 1）连接到了管道的写入端，读取进程cat就将其标准输入（文件描述符为fd 0）连接到了管道的输出端。实际上，这两个进程并不知道管道的存在，它们只是从标准文件描述符中读取数据和写入数据。（文件描述符可以参考此处）

有名管道(named pipe)

　　有名管道实际上是一个文件（无名管道也像一个文件，虽然关系到两个文件描述符，不过只能一边读另外一边写），不过这个文件比较特别，操作时要满足先进先出，而且如果试图读一个没有内容的有名管道，那么就会被阻塞（等待数据过来），同样地，如果试图往一个有名管道里头写东西，而当前没有程序试图读它，也会被阻塞（等待数据被读取）。

　　有名管道与无名管道的区别：有名管道将无名管道的两边进程（同时存在的写与读）分别独立出来，通过一个中间的文件进行数据传递，因此有名管道特别适合有两个独立程序构成某些任务的模式（可以理解A程序实现菜单及对应的功能，B程序实现read读取用户选择，而有名管道实现B程序传参给A程序），如A程序（类似一个脚本无限的循环菜单，及菜单对应的功能）无限循环的读取有名管道文件，通过获取数据，对应执行那些事件（若没有数据，则阻塞从而避免无限循环导致资源浪费），B程序（类似read命令，读取用户的输入）则作为控制程序往有名管道文件输入指令。

窗口1	窗口2
[root@server01 tmp]# mkfifo fifo_a [root@server01 tmp]# echo "hello" > fifo_a [root@server01 tmp]# echo "hello again" > fifo_a	[root@server01 tmp]# cat fifo_a hello [root@server01 tmp]# cat fifo_a hello again [root@server01 tmp]#

第7节　进程的并发与文件锁（flock）~劝告锁（advisory lock）

　　Linux中软件、硬件资源都是文件（一切皆文件），文件在多用户环境中是可共享的。当多个进程共享一个资源进行操作时，会出现一些不可预见的情况。

代码（2000个1累加）	效果（原来并发也可以做随机数哦，只是我用的不是神威，奢侈不起。）
cat a.sh #!/bin/bash countfile=/tmp/count echo 0 > $countfile do_count(){ echo $((`cat $countfile`+1)) > $countfile } for i in `seq 1 2000` do   do_count & done wait cat $countfile rm $countfile	[root@server01 ~]# bash a.sh [root@server01 ~]# bash a.sh [root@server01 ~]# bash a.sh [root@server01 ~]# bash a.sh [root@server01 ~]# bash a.sh