进程管理及进程调度

1、09 进程管理及进程调度课程名称unix系统与软件开发环境教学章节61程序和进程概念，6.2unix/linux进程调度，63进程管理与调度命令教学目的了解unix/linux程序、进程的概念和进程及状态描述，掌握unix进程调度 机制和方法教学重点unix进程调度教学难点unix进程结构与状态、程序的suid, sgid和sticky属性及使用知识点程序和进程的概念,unix/linux进程描述和进程状态,unix/linux进程 调度教学时间班级教学器具课件；多媒体播放系统教学过程61程序和进程的概念操作系统的重要任务z是使用户充分、冇效地利用系统资源，也就是在 系统资源一定或有限的情况下

2、，要同时执行更多程序，高效率地完成更多的任 务。进程、作业和任务调度是操作系统的重要任务z。本章的主耍内容是从系统的外部来观察系统中与进程(process)和作业 (job)或任务(task)相关的行为，并实施某些控制让系统工作的更好，或按 照用户的意图來完成指定工作。6.1.1程序、进程、作业和任务程序(program)是一个存储在存储介质上的文件。进程(proccess )是一个程序的执行过程。作业(job)或任务(task)是用户需要计算机完成某项任务时要求计算机 所做工作的集合，一个作业可能需要几个程序联合完成。作业和进程主要的区别与关系如下：作业是用户向计算机提交的任务实休；一个进程

3、是作业或任务的某个执行 过程；一个作业可由多个进程组成。6.1.2三类进程前台进程：是指用户在接控制的用于完成菜个任务的进程，因此也叫终端交互式进 程。它从标准输入读数据，向标准输出写数据，将错误信息输出到标准错误。 也可以是用户直接交互控制的完成某种功能的程序。后台进程是指在系统后台运行的、不与用户交互进程。前台的进程也可放在后台运行，这时可能要用到输入输出的重定向。守候进程也叫服务器或精灵进程，它是后台进程的一种。批处理进程批处理进程也叫shell程序，是用户按照某种意图将一批作业和任务通 过编程的方法提交给系统，让系统在某个合适的时间來调度和执行的进程。批 处理进程是在某个shell程序

4、的控制下解释执行的。6.1.3 linux操作系统的启动linux的启动是通过加电和系统口检后，将主引导程序mbr装入内存并把控制权交给它。在mbr的控制下装入linux的引导程序lbr并把控制权交 给它。在lbr的控制下系统继续引导，核心装入内存。然示将根文件系统女装到根/自举.聂入内復系统开始进一步的初始化过程：首先初始化系统内部数据结构（比如构造 空闲缓冲区、初始化区表结构、页表项等 下，并创建系统的0#进程、设置它的运行 环境。至此内核启动完成。atfimtetc mittabift 内吝做进一步知始化工作.创q终端子接着继续创建1#进程，然后山进 程做进一步的初始化工作。i子fed|

5、子;程|子逍程1#进程继续初始化过程，按照 /etc/inittab文件的内容和规定启动服 务、管理进程，为每个终端生成一个子进 程，等待用户在终端上注册，至此启动过 程完毕。6.1.4 0#进程与1#进程在unix系统屮0#进程是唯一只在核心态下执行的进程。它的功能有三: 调度分配处理机；负责进程交换；初始化时创建1#进程。在linux系统中， 0#进程在创建出1#进程后，变成了空闲进程（idler）,当系统中没有其它进 程就绪时运行。1# （init）进程是系统启动时创建的创建进程的进程。它的主要作用是根 据/etc/inittab的内容创建系统运行所需的进程。系统初始化完成后，1# 进程

6、了变成回收进程，专门领养没冇父进程的孤儿进程或回收状态为zombie 的僵尸进程。linux的进程树（用pstree命令查询）。0#进程创建了 1#进程，它是1#进程的父进程。1#进程在系统启动过程屮 创建了系统所需要的其它进程。而了进程又可创建属于自己的了进程。因此除 0#进程外，1#进程是其它所冇进程的祖先进程。6.1.5进程及运行模式在unix/linux系统中，进程可在用八态和核心态两种执行模式下执行。 当川户进程需要系统核心提供服务而由用户态转向核心态执行时，需要依 靠屮断或陷阱机制来实现，这时要切换处理机（cpu）的工作状态。两种状态 z间的主要区别是，核心态下的进程具冇较高的优先

7、级，能够存取核心和用户 数据。而用户态下的进程能存取它口己的指令与数据，但不能存取核心指令和 数据。6.1.6进程状态及转换环境下，从宏观上来讲，同时运行着很多进程, 中，在任一吋刻只能有一个进程占有处理机而 真正运行。也就是说众多运行着的进程中，它 们宏观上是并行的，但微观上是串行的。因此 就存在着有的进程在运行，有的进程在等待问 题。事实上进程的状态远不只执行和等待两 个，还有用户态执行、核心态执行、等待、睡 眠、就绪等状态。在操作系统屮，一个cpu上同时只能运行一个进程，但在多用户、多任务 因此在这些正在运行着的进程unix系统的进程状态及转换 进程在用户态运行。 进程在系统态运行。 就

8、绪状态。 进程因等待资源而在内存中睡眠。 进程在外存中睡眠。 外存就绪。 进程从系统态返回。 进程刚被创建时的状态。 僵尸状态。linux系统的进程状态及转换 就绪状态(执行) 浅度睡眠 深度睡眠 停止状态 僵尸状态6.2 unix/linux 进程调度unix/linux系统是分时系统，系统给每个进程 分一个时间片，每个进程在白己的时间片内执行，当时间片结束时或从系统服务中返i叫时，动态计算进程的''优先级，若有优先级 高于当前进程的内存就绪态进程时，系统设置调度标识，并在以后某个时刻剥 夺当前进程的执行权，而让优先级高的进程执行。unix/linux的进程调度按时间片计算优

9、先级，并按''优先级的高低 来调度进程，使优先级高的进程占有处理机而得到执行。这里所说的优先级不是一个具体的数字或变蜃，而是一个衡量优先程度 的指标。6.2.1调度策略与优先级的计算linux把所有进程分成两类：实时进程和普通进程。对普通进程釆川时间片轮转法來调度进程的执行，所有就绪进程按先后排 成队列，依次伦转，时间片用完而未完成任务者排在尾部，如此往复；对于实 时进程则采用fifo和时间片轮转进行调度。最后经调度模块综合计算出各进 程的优先级，优先级最高者获得执行权。nice level优先级在优先级计算过程屮有一个基本参数参与运算，这就是传统unix/linux nice

10、 level优先级，按传统做法，把它记为nice。系统为每个进程设置了一个默认的nice值(0),通过命令nice用户或 管理员可以调整进程的nice值，从而达到调整优先级的目的。在red hat linux 9中它的调整范围为-20-19,在其它unix中，nice取值范围可能与此不同。沿用unix的传统，nice的值越人进程的优先级越低。nice值可以被作为nice命令的参数来调试进程的优先级。6.2.2信号与软中断 unix/linux中使用很多信号，用于进程通信与控制。进程通信时信号由主进程或系统或硬件等发送到目的进程，当目的进程收到信号后耍进行相应的处理。若在目的进程在用户级执行，则

11、收到信号后立即 处理，若在内核级运行时，先将信号记下來，待返回到用户级时再处理。用户可以向目的进程发送信号，而实现一定程度的通讯，完成指定的工作 或达到某种指定的目的。用户可以对收到的信号采取系统指定的办法进行处 理，也可采取自己的办法进行处理，也可忽略信号。linux系统的中断linux系统常用的中断信号可用命令kill, killall和fuser來查询。 如表6-1所示。在信号中，有的是硬件发出，比如sigill> sigsegv等，有的是可屏蔽 的，比女口 sighup、 sigquit等，而sigkill和sigstop等是不可屏蔽。我们通常处理的只是一些软中断信号：信号名称信

12、号值默认动作意义和功能描述sighup1终止运行挂机或断线信号，可能是终端控制程序死亡sigint2终止运行收到键盘ctrl+c (冇系统为delete)信号sigquit3写出映像收到键盘退岀信号(ctrl + )sigtrap5同1：单步执行，程序跟踪sigabr6同上abort信号sigkill9终止运行kill信号，不可屏蔽sigusr110同上用户自定义信号1sigusr212终止运行用户自定义信号2sigpipe13同h断的管道：有写者无读者sigalrm14同上定时器信号sigterm15同上进程终止信号sigcont18继续执行继续信号。暂停者一旦收到此信号,便继续运行6.3进

13、程管理与调度命令6.3.1可执行文件的setuid和setgid属性在unix/linux系统中，用户级别和执行权力是相关。但是有些工作，比如修改/etc/passwd和/etc/shadow文件等，对于 普通用户都是必须的，因为它耍修改密码。但是系统中这些文件对于普通用户 是不允许有写操作的。于是就出现了普通用户通过某种机制行使超级用八权限 的问题。1可执行文件的setuid和setgid属性当一个程序具冇suid属性时，它执行时的uid将是该程序所冇者的uid- 即有效uid,记为euid,而执行者的原来uid叫为真实uid,记为ruid。当-一个程序具有sgid属性吋，它执行吋的gid将

14、是该程序的gid-u|j有 效gid,记为egid,而执行者的原来gid叫为真实gid,记为rgid。suid/sgid属性只对二进制可执行文件有效，对可执行的脚本文件无效。 当一个属于超级用户的可执行二进制程序具有suid属性时，则当一般用 户执行它时，也就相当于有了超级用户的身份和权限。同样当一个属于超级用户所在组的可执行二进制程序具有sgid属性时， 则当一般用户执行它时，也就相当于有了该组员的身份和权限。suid和sgid权限的存在可能会给某些程序的执行带来了方便，因为权 限被放大了，但这也是一种危险。因此设置这种权限的可执行二进制程序不宜 太多。常用的设置suid的程序有:/bin/

15、ping 、 /usr/bin/passwd 、 /usr/bin/newgrp 、 /usr/bin/sudox /usr/sbin/suexec /usr/sbin/traceroute setuid和setgid属性管理按照文件的属性，若用八进制表示，对应于suid和sgid的权限则为4 000 和 2000o1.数字方法：chmod 4755 mypl chmod 2775 myp2 chmod 6777 myp32字符方式 chmod u+s mypl chmod g+s myp2 chmod ug+s myp3setuid和setgid属性设置#为my pl设置suid#为myp2

16、设置sgid#为myp3同时设置suid和sgid#为my pl设置suid#为 myp2 设置 sgid#为myp3同时设置suid和sgid修改后权限分别为:-rwsr-xr-x, -rwxrwsr-x 和 rwsrwsrwx2目录的sticky权限 unix/linux系统允许目录使用sticky位屈性（粘着位）。当一个目录设置了 sticky位后，它内部的文件只能被文件主、目录主或 超级用户删除、更名或移动。设置 sticky 位的口录有/tmp、 /usr/tmp 和 /var/spool/uucppublic 等。在传统的unix系统屮sticky对可执行文件还具有特殊意义（略）。

17、 sticky权限管理：sticky位是对li录执行权来说的，它的属性值为1000。sticky位也口j 用chmod命令通过root用八来设置。设有目录mydir的权限为drwxr-xr-x （755）,贝u可通过以下两种方法 來设置它的sticky位：chmod 17 55 mydir #数字方式 chmod +t mydir #字符方式。设置后的权限为drwxr-xr-t或17556.3.2进程管理与调度命令1.查询进程状态（ps）功能：查询进程状态和信息，给出系统当前正在运行进程信息的快照。 用法： ps options 说处ps支持多种unix系统格式的个性化显示方式。参数较多；可以

18、 配合kill命令结束系统屮失控或不必耍的进程。参数：-a, -e：显示系统内的所有进程；-乳显示所有与终端相关的进程；a:显示当前终端的所有进程，也包括具它川户进程；-门 显示cls和 pri栏；c：列出进程名，但不包含路径名；-c pname：显示进程名字为pname 的同名进程信息；-f：显示进程信息时显示带冇路径的进程名和进程参数；f： 用ascii字符显示树状结构的进程间关系；g, -g/-g gid：显示为进程组 相关的信息，gid可以是组名或组号；h：不显示标题； -h：显示树状结构 以表示进程间的关系；j, -j：以作业控制方式显示进程信息；1, -1：以长 格式显示进程信息：

19、l：显示标题栏f1信息；p/-p pids：显示指定进程的 信息；t, t/-t tty：显示终端相关进程信息，t只能用于显示当前终端进 程信息；u, u/-u uid:显示与用户相关的信息，uid可以是用户名或用户 号；x：显示所有进程信息，不区分终端。进程的状态:r： runable,进程在执行中；d： dlaying,非中断性睡 眠，通常是因为等待i/o； s： sleep,正在睡眠；t: traced or stopped, 被跟踪或停止；z： zombie,僵厂状态。进程已经终止，但父进程没有対它的 结束作适当处理；w： wait,无内存页面（被换岀）；n：低优先级进程；l： loc

20、ked,页面被锁进内存（用于实时控制或用户控制的i/o）； <：高优先级 进程。示例：ps -t ttyl#查询与终端（ttyl） ii咲的进程信息ps -f -u g jshao #查询与用户（g jshao）相关的信息ps -axj#杳询整个系统内的进程信息情况2.按名称终止进程的执行（killall）功能：killall是另一个用来终止程序的命令，它不像killtt用进程的 pid作为操作对象，而是使用进程名。用法： killall -1killall -e-g-i-q-v-w-v-ssignal 一一 name .说明：killall发送的信号可以是信号的名或值。由于在系统可能有

21、同名进程运行，因此使用killall终止进程时可能会 有扩大化的倾向。参数：name：进程名，被终止的对象；终止指定所属组内的所有进 程；-让 交互式工作，终止进程前需要用户确认；-丄：列可用信号；-q：安 静模式，当不存在指定进程时也不报错；-s：指定信号（参见-丄参数）；-v： 报告信号是否发送成功；-w：等待所有被杀进程结束。若被杀进程忽略发送信 号或处于僵厂状态会造成killall无限等待。示例：killall -1#杳询可用信号killall man #终止所冇名为man的进程3 .确定使用指定文件或文件系统的进程（fuser）功能：确定使用指定文件或文件系统的进程用法： fuser

22、 -1fuser -a | -s -n namespace -signal -kirnuv name .说明：在fuser的默认输出中，进程号的后ifli可以跟冇c、e> f> m 等字符，意义如下：c：当前目录；e：进程正在执行；f：打开文件，默认情 况下不输出此标志；r：根目录；m：内存映像文件或共享库。参数：-k：终止所有使川设备或文件系统的进程；-i：在杀死进程前提 示确认，若无-k则忽略此参数；-丄：歹u所使用的信号名；-in：安装的文件系 统；-n namespace：在指定名字空间内搜索，名字空间可是文件、udp和 tcp等；-s：安静模式；-u：显示用户信息；-si

23、gnal：指定信号，而非默 认的sigkill； -4/-6：只搜索ip4/ip6的sockets信息。默认搜索两者示例：1）杀死所有使用某设备（tty5）的进程：fuser -k /dev/tty52）显示使用木地网络端口的进程fuser telnet/tcp ftp/tcp#监视本地 telnet 和 ftp 端口的tcp活动情况fuser -u 23/tcp 21/tcp #监视本地 telnet 和 ftp 端口的 tcp 活 动情况#fuser -n tcp 21#监视本地ftp端口的tcp活动情况4讣进程抗终止运行（nohup）原理：在unix/linux环境下进程可在前台运行，也

24、可在后台运行。但 不论哪种情况，只要启动进程的用户退ii! r,他创建的所冇进程都将终止。这 是因为当用户退出吋，它启动的所有进程都将收到hup信号。按照系统规定， 收到hup信号的进程都将被终止。为了保证用户退出后，它启动的后台进程仍 能继续运行，就要求进程对信号hup具有免疫能力。功能：nohup启动的进程对信号hup就具有免疫力用法：nohup comma nd arguments 说明：后台进程是不能和终端交互的，如果被执行的命令的输出没有重定 向，它将输出追加到当而目录的nohup.out文件。如果当前目录的nohup. ou t没有写权限，输出将被重定向到 $home/nohup.

25、outo如果两者均无写权限，则命令不能执行。如果有写权限 且nohup不存在，则将创建z,在创建时不对同组和其它人赋访问权。若文 件已经存在则不改变原文件的存取权限。程序的未重定向的标准错误也将追加 至u nohup. out 文件。nohup不能直接创建后台进程，创建后台进程应在回车前添加&符号。可以通过返回值来确定执行情况：12 6-命令不能执行；127-命令找不到; 其它-所执行命令的返回值。5改变进程的优先级（nice）功能：通过它可以改变进程nice值，从而改变进程的优先级。用法：nice options cmd arg .参数：-n<nice>：例女n：-n5, nice=5, -n-5, nice=-5-<nice>:例女口：-5, nice=5, 5, nice=-5-adjustment=<nice> :例如：-adjustment=5, nice=5说明：对于哪些不急迫的任务，可以通过调高它的nice值，來降低它的 优先级，以保证紧急任务的执行。当不带参数或变量运行nice时，将显示默认的nice,如果用nice对 某个进程进行操作，而没冇指定nice,则将nice设置为10,从而降低了优