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深入了解Linux進(jìn)程S，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率
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Linux作為一種開(kāi)源的操作系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用在服務(wù)器和嵌入式設(shè)備等領(lǐng)域。在運(yùn)行時(shí)，Linux系統(tǒng)將所有的程序看作是運(yùn)行在進(jìn)程中的，進(jìn)程是操作系統(tǒng)資源分配的最小單位。因此，進(jìn)程的管理對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行效率的提升至關(guān)重要。本文將深入探討Linux進(jìn)程S的概念及其優(yōu)化方法，以提升系統(tǒng)的性能。
一、進(jìn)程S的概念
進(jìn)程S是指進(jìn)程的睡眠狀態(tài)。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程需要等待某些事件的發(fā)生時(shí)，它就會(huì)被掛起，進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣做的好處是避免了繁忙的忙等待，浪費(fèi)系統(tǒng)資源。在進(jìn)程睡眠期間，它不會(huì)消耗任何CPU資源，也不會(huì)對(duì)其他進(jìn)程產(chǎn)生任何影響。當(dāng)?shù)却氖录l(fā)生后，操作系統(tǒng)會(huì)重新喚醒該進(jìn)程，讓它繼續(xù)執(zhí)行。
進(jìn)程睡眠狀態(tài)可以分為兩種：可中斷睡眠（Interruptible Sleep）和不可中斷睡眠（Uninterruptible Sleep）。
可中斷睡眠是指進(jìn)程等待某些事件的發(fā)生，但可以被其他進(jìn)程發(fā)送的信號(hào)中斷。例如，當(dāng)一個(gè)進(jìn)程等待一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接時(shí)，它會(huì)進(jìn)入可中斷睡眠狀態(tài)，但可以被其他進(jìn)程發(fā)送的信號(hào)中斷，例如SIGALRM信號(hào)。
不可中斷睡眠是指進(jìn)程等待某些事件的發(fā)生，但不能被其他進(jìn)程發(fā)送的信號(hào)中斷。例如硬件操作時(shí)，進(jìn)程需要等待硬件操作完成后再繼續(xù)，此時(shí)進(jìn)程會(huì)進(jìn)入不可中斷睡眠狀態(tài)。
進(jìn)程S對(duì)于系統(tǒng)的性能有著至關(guān)重要的影響。過(guò)多的睡眠狀態(tài)會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)資源浪費(fèi)，影響系統(tǒng)響應(yīng)速度。因此，優(yōu)化進(jìn)程S是提升系統(tǒng)性能的重要手段之一。
二、進(jìn)程S的優(yōu)化方法
1. 減少進(jìn)程不必要的睡眠狀態(tài)
進(jìn)程進(jìn)入睡眠狀態(tài)是為了等待某些事件的發(fā)生。如果這些事件發(fā)生的頻率很高，那么進(jìn)程就會(huì)頻繁地進(jìn)入和退出睡眠狀態(tài)，浪費(fèi)大量的系統(tǒng)資源。因此，減少進(jìn)程不必要的睡眠狀態(tài)，是優(yōu)化進(jìn)程S的關(guān)鍵。
如何減少進(jìn)程不必要的睡眠狀態(tài)？一方面，可以通過(guò)加快事件觸發(fā)的速度來(lái)減少進(jìn)程的睡眠時(shí)間。例如，在編寫(xiě)程序時(shí)，可以使用非阻塞I/O來(lái)實(shí)現(xiàn)異步操作，避免進(jìn)程阻塞等待I/O完成。另一方面，可以通過(guò)提高系統(tǒng)的并發(fā)性來(lái)減少進(jìn)程的睡眠時(shí)間。例如，使用線(xiàn)程池或者協(xié)程來(lái)提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，從而減少進(jìn)程等待的時(shí)間。
2. 使用多線(xiàn)程或者協(xié)程來(lái)提高并發(fā)性
在Linux系統(tǒng)中，多線(xiàn)程和協(xié)程都可以用來(lái)提高系統(tǒng)的并發(fā)性。多線(xiàn)程是指在同一個(gè)進(jìn)程中創(chuàng)建多個(gè)線(xiàn)程，每個(gè)線(xiàn)程都可以獨(dú)立地執(zhí)行不同的任務(wù)。協(xié)程則是一種輕量級(jí)的線(xiàn)程，可以在同一個(gè)線(xiàn)程中創(chuàng)建多個(gè)協(xié)程，每個(gè)協(xié)程也可以獨(dú)立地執(zhí)行不同的任務(wù)。
使用多線(xiàn)程或者協(xié)程可以有效地提高系統(tǒng)的并發(fā)性，降低系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間。例如，在網(wǎng)絡(luò)編程中，可以使用多線(xiàn)程或者協(xié)程來(lái)實(shí)現(xiàn)并發(fā)處理客戶(hù)端請(qǐng)求的能力。這可以大大提高服務(wù)器的吞吐量，降低客戶(hù)端等待的時(shí)間，提升系統(tǒng)的性能。
3. 使用內(nèi)核異步I/O來(lái)提高系統(tǒng)性能
在Linux系統(tǒng)中，應(yīng)用程序通常使用阻塞I/O方式進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。這種方式下，當(dāng)應(yīng)用程序向內(nèi)核發(fā)起數(shù)據(jù)讀寫(xiě)請(qǐng)求時(shí)，應(yīng)用程序?qū)⒈蛔枞?，直到?nèi)核完成數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作。這種方式對(duì)于低并發(fā)的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，可能沒(méi)有什么問(wèn)題。但是，當(dāng)應(yīng)用程序需要處理高并發(fā)的請(qǐng)求時(shí)，阻塞I/O會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)性能的瓶頸。
為了提高系統(tǒng)的性能，Linux系統(tǒng)提供了內(nèi)核異步I/O接口（O）。使用內(nèi)核異步I/O可以使應(yīng)用程序可以繼續(xù)執(zhí)行其他操作，而不是等待數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作完成。這可以大大提高系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，提高系統(tǒng)的性能。
4. 使用優(yōu)化的內(nèi)存管理策略
Linux系統(tǒng)對(duì)于系統(tǒng)內(nèi)存的管理非常重要。優(yōu)化的內(nèi)存管理策略可以有效地降低系統(tǒng)的內(nèi)存使用率，從而提高系統(tǒng)的效率。一般來(lái)說(shuō)，內(nèi)存管理策略應(yīng)當(dāng)盡量避免內(nèi)存碎片，以減少系統(tǒng)的內(nèi)存使用率。同時(shí)，也應(yīng)當(dāng)盡可能地利用系統(tǒng)的空閑內(nèi)存，避免出現(xiàn)OOM（Out of Memory）錯(cuò)誤。
Linux系統(tǒng)提供了多種內(nèi)存管理策略，例如，在進(jìn)行進(jìn)程內(nèi)存分配時(shí)，可以使用SLAB內(nèi)存管理器，以減少內(nèi)存碎片。同時(shí)，也可以使用交換分區(qū)來(lái)提高系統(tǒng)的內(nèi)存使用效率。
5. 確保系統(tǒng)軟件和硬件的穩(wěn)定性
為了保證系統(tǒng)的性能，還需要保證系統(tǒng)軟件和硬件的穩(wěn)定性。軟件穩(wěn)定性指的是保持軟件的版本和配置的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)因?yàn)檐浖姹竞团渲玫母淖儗?dǎo)致的系統(tǒng)不穩(wěn)定問(wèn)題。硬件穩(wěn)定性指的是保證硬件設(shè)備的正常工作，避免因?yàn)橛布收蠈?dǎo)致的系統(tǒng)崩潰。
通過(guò)保證系統(tǒng)軟件和硬件的穩(wěn)定性，可以有效地降低系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題的概率，提高系統(tǒng)的性能和可用性。
結(jié)語(yǔ)
本文介紹了Linux進(jìn)程S的概念及其優(yōu)化方法，包括減少不必要的進(jìn)程睡眠狀態(tài)、使用多線(xiàn)程或協(xié)程、使用內(nèi)核異步I/O、優(yōu)化內(nèi)存管理策略和保證系統(tǒng)軟件和硬件的穩(wěn)定性。通過(guò)采取這些優(yōu)化方法，可以有效地提高系統(tǒng)的性能和可用性。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- Linux ps命令：用于顯示當(dāng)前進(jìn)程 (process) 的狀態(tài)
- Linux查看進(jìn)程命令 (如何查看進(jìn)程)
Linux ps命令：用于顯示當(dāng)前進(jìn)程 (process) 的狀態(tài)
ps
ps
a 顯示所有終端機(jī)下執(zhí)行的進(jìn)程，除了階段作業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者之外
a 顯示現(xiàn)行終端機(jī)下的所有進(jìn)程，包括其他用戶(hù)的進(jìn)程
-A 顯示所有進(jìn)程
-c 顯示CLS和PRI欄位
c 列出進(jìn)程時(shí)，顯示每個(gè)進(jìn)程真正的指令名稱(chēng)，而不包含路徑，參數(shù)或常駐服務(wù)的標(biāo)示
-C 指定執(zhí)行指令的名稱(chēng)，并列出該指令橘罩的進(jìn)程的狀況
-d 顯示所有進(jìn)程，但不包括階段作業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的進(jìn)程
-e 此參數(shù)的效果和指定”A”參數(shù)相同
e 列出進(jìn)程時(shí)，顯示每個(gè)進(jìn)程所使用的環(huán)境變量
-f 顯示UID,PPIP,C與STIME欄位
f 用ASCII字符顯示樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，表達(dá)進(jìn)程間的相互關(guān)系
-g 此參數(shù)的效果和指定”-G”參數(shù)相同，當(dāng)亦能使純兄用階段作業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者的名稱(chēng)來(lái)指定
g 顯示現(xiàn)行終端機(jī)下的所有進(jìn)程，包括群組領(lǐng)導(dǎo)者的進(jìn)程
-G 列出屬于該群組的進(jìn)程的狀況，也可使用群組名稱(chēng)來(lái)指定
h 不顯示標(biāo)題列
-H 顯示樹(shù)狀結(jié)構(gòu)，表示進(jìn)程間的相互關(guān)系
-j或j 采用工作控制的格式顯示進(jìn)程狀況
-l或l 采用詳細(xì)的格式來(lái)顯示進(jìn)程狀況
L 列出欄位的相關(guān)信息
-m或m 顯示所有的執(zhí)行緒
n 以數(shù)字來(lái)表示USER和WCHAN欄位
-N 顯示所有的進(jìn)程，除了執(zhí)行ps指令終端機(jī)下的進(jìn)程之外
-p 指定進(jìn)程識(shí)別碼，并列出該進(jìn)程的狀況
p 此參數(shù)的效果和指定”-p”參數(shù)相同，只在列表格式方面稍有差異
r 只列出現(xiàn)行終端機(jī)正在執(zhí)行中的進(jìn)程
-s 指定階段作業(yè)的進(jìn)程識(shí)別碼，并列出隸屬該階段作業(yè)的進(jìn)程的狀況
s 采用進(jìn)程信號(hào)的格式顯示進(jìn)程狀況
S 列出進(jìn)程時(shí)，包括已中斷的子進(jìn)程資料
-t 指定終端機(jī)編號(hào)，并列出屬于該終端機(jī)的進(jìn)程的狀況
t 此參數(shù)的效果和指定”-t”參數(shù)相同，只在列表格式方面稍有差異
-T 顯示現(xiàn)行終端機(jī)下的所有進(jìn)程
-u 此參數(shù)的效果和指定”-U”參數(shù)相同
u 以用戶(hù)為主的格式來(lái)顯示進(jìn)程狀況
-U 列出屬于該用戶(hù)的進(jìn)程的狀況，也可使用用戶(hù)名稱(chēng)來(lái)指定
U 列出屬于該用戶(hù)的進(jìn)程的狀況
v 采用虛擬內(nèi)存的格式顯示進(jìn)程狀況
-V或V 顯示版本信息
-w或w 采用寬闊的格式來(lái)顯示進(jìn)程狀況。
x 顯示所有進(jìn)程，不以終端機(jī)來(lái)區(qū)分
X 采用舊式的Linux i386登陸格式顯示進(jìn)程狀況
-y 配合參數(shù)”-l”使用時(shí)，不顯示F(flag)欄位，并以RSS欄位取代ADDR欄位
- 此參數(shù)的效果和指定”p”參數(shù)相同
–cols 設(shè)置每列的更大字符數(shù)
–columns 此參數(shù)的效果和指定”–cols”參數(shù)相同
–cumulative 此參數(shù)的效果和指定”S”參數(shù)相同
–deselect 此參數(shù)的效果和指定”-N”參數(shù)相同
–forest 此參數(shù)的效果和指定”f”參數(shù)相同
–headers 重復(fù)顯示標(biāo)題列
–help 在線(xiàn)幫助
–info 顯示排錯(cuò)信息
–lines 設(shè)置顯示畫(huà)面的列數(shù)
–no-headers 此參數(shù)的效果和指定”h”參數(shù)相同，只在列表格式方面稍有差異
–group 此參數(shù)的效果和指定”-G”參數(shù)相同
–Group 此參數(shù)的效果和指定”-G”參數(shù)相同
–pid 此參數(shù)的效果和指定”-p”參數(shù)相同
–rows 此參數(shù)的效果和指定”–lines”參數(shù)相同
–sid 此參數(shù)的效果和指定”-s”參數(shù)相同
–tty 此參數(shù)的效果和指定”-t”參數(shù)相同
–user 此參數(shù)的效果和指定”-U”參數(shù)相同
–User 此參數(shù)的效果和指定”-U”參數(shù)相同
–version 此參數(shù)的效果和指定”-V”參數(shù)相同
widty 此參數(shù)的效果和指定”-cols”參數(shù)相同
A 列出所有的行程
w 顯示加寬可以顯示較多的資訊
au 顯示較詳細(xì)的資訊
aux 顯示所有包含其他使用者的行程
linux上進(jìn)程有5種狀態(tài):
1. 運(yùn)行(正在運(yùn)行或在運(yùn)行隊(duì)列中等待)
2. 中斷(休眠中, 受阻, 在等待某個(gè)條件的形成或接受到信號(hào))
3. 不可中斷(收到信號(hào)不喚醒和不可運(yùn)行, 進(jìn)程必須等待直到有中斷發(fā)生)
4. 僵死(進(jìn)程已終止, 但進(jìn)程描述符存在, 直到父進(jìn)程調(diào)用wait4()系統(tǒng)調(diào)用后釋放)
5. 停止(進(jìn)程收到SIGSTOP, SIGSTP, SIGTIN, SIGTOU信號(hào)后停止運(yùn)行運(yùn)行)
ps工具標(biāo)識(shí)進(jìn)程的5種狀態(tài)碼:
D 不可中斷 uninterruptible sleep (usually IO)
R 運(yùn)行 runnable (on run queue)
S 中斷 sleeping
T 停止 traced or stopped
Z 僵死 a defunct (”zombie”) process
1、# ps aux //顯示所有正在內(nèi)存中的程序
USER：該 process 屬于那個(gè)使用者賬號(hào)的
PID ：該 process 的號(hào)碼
%CPU：該 process 使用掉的 CPU 資源百分比
%MEM：該 process 所占用的物理內(nèi)存百分比
VSZ ：該 process 使用掉的虛擬內(nèi)存量 (Kbytes)
RSS ：該 process 占用的固定的內(nèi)存量 (Kbytes)
TTY ：該 process 是在那個(gè)終端機(jī)上面運(yùn)作，若與終端機(jī)無(wú)關(guān)，則顯示 ?，另外， tty1-tty6 是本機(jī)上面的登入者程序，若為 pts/0 等等的，則表示為由網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)主機(jī)的程序。
STAT：該程序目前的狀態(tài)，主要的狀態(tài)有
R ：該程序目前正在運(yùn)作，或者是可被運(yùn)作
S ：該程序目前正在睡眠當(dāng)中 (可說(shuō)是 idle 狀態(tài))，但可被某些訊號(hào) (signal) 喚醒。
D: 無(wú)法中斷的休眠狀態(tài) (通常 IO 的進(jìn)程)
T ：該程序目前正在偵測(cè)或者是停止了
Z ：該程序應(yīng)該已經(jīng)終止，但是其父程序卻無(wú)法正常的終止他，造成 zombie (疆尸) 程序的狀態(tài)
ps001.txt
3）輸出指定的字段
Linux查看進(jìn)程命令 (如何查看進(jìn)程)
你可以使用ps命令。它能顯示當(dāng)前運(yùn)行中進(jìn)程的相關(guān)信息，包括進(jìn)程的PID。Linux和UNIX都支持ps命令，顯示所有運(yùn)行中進(jìn)程的相關(guān)信息。ps命令能提供一份當(dāng)前進(jìn)程的快照。如果你想狀態(tài)可以自動(dòng)刷新，可以使用top命令。ps命令輸入下面的ps命令，顯示所有運(yùn)行中的進(jìn)程： # ps aux | less其中，-A：顯示所有進(jìn)程a：顯示終端中包括其它用戶(hù)的所有進(jìn)程x：顯示無(wú)控制終端的進(jìn)程任務(wù)：查看系統(tǒng)中的每個(gè)進(jìn)程。 # ps -A # ps -e任物絕務(wù)：查看非root運(yùn)行的進(jìn)程 # ps -U root -u root -N任務(wù)：查看用戶(hù)vivek運(yùn)行的進(jìn)程 # ps -u vivek任務(wù)：top命令top命令提供了運(yùn)行中系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)視圖。在命令提示行中輸入top： # top輸出：圖1：top命令：顯示Linux任務(wù)按q退出，按h進(jìn)入幫助。任務(wù)：顯示進(jìn)程的樹(shù)狀圖。pstree以樹(shù)狀顯示正在運(yùn)行的進(jìn)程。樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)為pid或init。如果指定了用戶(hù)名，進(jìn)程樹(shù)將以用戶(hù)所擁有的進(jìn)程作為根節(jié)點(diǎn)。 $ pstree輸出示例：圖2：pstree – 顯示進(jìn)程的樹(shù)狀圖任務(wù)：使用ps列印進(jìn)程樹(shù) # ps -ejH # ps axjf任務(wù)：獲得線(xiàn)程信息輸入下列命令： # ps -eLf # ps axms任務(wù)：獲得安全信息輸入下列命令： # ps -eo euser,ruser,suser,fuser,f,comm,label # ps axZ # ps -eM任務(wù)：將進(jìn)程快照儲(chǔ)存到文件中輸入下列命令：告螞陵 # top -b -n1 > /tmp/process.log你也可以將結(jié)果通過(guò)郵件發(fā)給自己： # top -b -n1 | mail -s ‘Process snapshot’ ：查找進(jìn)程使用pgrep命令。pgrep能查找當(dāng)前正在運(yùn)行的進(jìn)程并列出符合條件的進(jìn)程ID。例如顯示firefox的進(jìn)程ID： $ pgrep firefox下面命令將顯示進(jìn)程名為sshd、所有者為root的進(jìn)程。 $ pgrep -u root sshd向htop和atop說(shuō)hellohtop是一個(gè)類(lèi)似top的交互式進(jìn)程查看工具，但是可以垂直和水平滾動(dòng)來(lái)查看所有進(jìn)程和他們的命令行。進(jìn)程的相關(guān)操作(killing，renicing)不需要輸入PID。要安裝htop輸入命令： # apt-get install htop或 # yum install htop在命令提示行中輸入htop： # htop輸出示例：圖3：htop – Interactive Linux / UNIX process vieweratop工具atop是一個(gè)用來(lái)查看Linux系統(tǒng)負(fù)載的交互式監(jiān)控工具。它能展現(xiàn)系統(tǒng)層級(jí)的關(guān)鍵硬件資源(從性能角度)的使用情況，如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)。它也可以根據(jù)進(jìn)程層級(jí)的CPU和內(nèi)存負(fù)載顯示哪個(gè)進(jìn)程造成了特定的負(fù)襪戚載;如果已經(jīng)安裝內(nèi)核補(bǔ)丁可以顯示每個(gè)進(jìn)程的硬盤(pán)和網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。
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