进程管理及进程调度

/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6.1程序和进程概念，6．2UＮIX／Ｌiｎux进程调度，6．３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６。1程序和进程的概念操作系统的重要任务之一是使用户充分、有效地利用系统资源,也就是在系统资源一定或有限的情况下，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之一。本章的主要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,或按照用户的意图来完成指定工作。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体;一个进程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:是指用户直接控制的用于完成某个任务的进程，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来调度和执行的进程.批处理进程是在某个sｈeｌｌ程序的控制下解释执行的。6．1。3Linux操作系统的启动Linux的启动是通过加电和系统自检后,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.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)，然后将根文件系统安装到根”/”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.接着继续创建1#进程，然后由1#进程做进一步的初始化工作。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。４0#进程与１＃进程在UNIX系统中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＃进程了变成回收进程,专门领养没有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中创建了系统所需要的其它进程。而子进程又可创建属于自己的子进程。因此除０＃进程外，１#进程是其它所有进程的祖先进程。6.1。５进程及运行模式在UNＩX/Ｌｉnuｘ系统中，进程可在用户态和核心态两种执行模式下执行。当用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，需要依靠中断或陷阱机制来实现，这时要切换处理机（CＰU）的工作状态.两种状态之间的主要区别是，核心态下的进程具有较高的优先级，能够存取核心和用户数据。而用户态下的进程能存取它自己的指令与数据，但不能存取核心指令和数据。6。１.6进程状态及转换在操作系统中,一个ＣＰU上同时只能运行一个进程,但在多用户、多任务环境下,从宏观上来讲,同时运行着很多进程,因此在这些正在运行着的进程中，在任一时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.UNIX系统的进程状态及转换①进程在用户态运行.②进程在系统态运行。③就绪状态。④进程因等待资源而在内存中睡眠。⑤进程在外存中睡眠。⑥外存就绪。⑦进程从系统态返回。⑧进程刚被创建时的状态。⑨僵尸状态。Liｎuｘ系统的进程状态及转换①就绪状态(执行)②浅度睡眠③深度睡眠④停止状态⑤僵尸状态6。2ＵNIX／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，每个进程在自己的时间片内执行，当时间片结束时或从系统服务中返回时，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量，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。对普通进程采用时间片轮转法来调度进程的执行,所有就绪进程按先后排成队列，依次轮转，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.ＮicｅLevel优先级在优先级计算过程中有一个基本参数参与运算，这就是传统UＮIＸ/LｉｎｕxＮicｅＬｅvｅl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RedHatLinuｘ９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的值越大进程的优先级越低。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要进行相应的处理。若在目的进程在用户级执行,则收到信号后立即处理,若在内核级运行时，先将信号记下来，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来查询。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，比如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(有系统为Deletｅ）信号SIGQUＩＴ３写出映像收到键盘退出信号（Ctrｌ+\）SIGTＲAP5同上单步执行,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同上断的管道：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,因为它要修改密码。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户权限的问题。1可执行文件的setｕiｄ和sｅｔｇid属性当一个程序具有ｓuid属性时，它执行时的uid将是该程序所有者的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属性时，它执行时的giｄ将是该程序的gid—即有效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／piｎg、／usr/ｂｉn/paｓswd、／usr／bｉn／ｎewgrp、／usr/bin/sudo、/usr/sbin/suｅxｅc和/uｓr／sbin/trａcｅroｕｔeｓetｕid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4０0０和200０。ｓeｔuｉd和setgid属性设置１.数字方法：ｃhmod47５5myｐ1ﻩ#为mｙｐ1设置suｉｄchmoｄ2775myｐ２ﻩ＃为myp2设置sgｉdchmod6777ｍｙp3 ＃为ｍyp３同时设置ｓuid和ｓgiｄ２.字符方式cｈmodu＋smyp1ﻩ＃为myp1设置ｓuidｃhｍodg+ｓmｙｐ2 #为myp2设置sgｉｄchmodｕg+smyｐ3ﻩ#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位属性（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位的目录有/tmp、/usr/tmp和/var/ｓpoｏl/uucppublic等。在传统的UNIX系统中sticｋy对可执行文件还具有特殊意义(略）.stiｃky权限管理：ｓticｋy位是对目录执行权来说的，它的属性值为1０00。sticky位也可用chmｏd命令通过rooｔ用户来设置。设有目录mydir的权限为drｗxr—ｘr-ｘ（７55）,则可通过以下两种方法来设置它的sticｋy位:ｃhmod１755mydirﻩ#数字方式chmｏd+tmydiｒ ＃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］说明：ｐｓ支持多种UNIX系统格式的个性化显示方式。且参数较多；可以配合kilｌ命令结束系统中失控或不必要的进程。参数：—A，—e：显示系统内的所有进程;-a：显示所有与终端相关的进程;Ａ：显示当前终端的所有进程,也包括其它用户进程；—ｃ:显示CＬS和PＲＩ栏；c:列出进程名，但不包含路径名;-Ｃpname：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有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/—Gｇid：显示与进程组相关的信息,ｇid可以是组名或组号;Ｈ:不显示标题；ﻩ-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;ｌ,－l:以长格式显示进程信息;L:显示标题栏目信息； ｐ/-ppidｓ:显示指定进程的信息;T，t/—ttty：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/—Uuid: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:Traceｄorｓｔoｐpｅd，被跟踪或停止;Z：Zｏmbie,僵尸状态.进程已经终止,但父进程没有对它的结束作适当处理;W：Waiｔ，无内存页面(被换出)；N：低优先级进程;L:Locked,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-ttty1 ﻩ #查询与终端（tｔｙ1）相关的进程信息ps–f–ｕgjsｈaｏ #查询与用户（gｊｓhao)相关的信息ps–axｊﻩ ＃查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kill使用进程的PＩD作为操作对象，而是使用进程名。用法： killall－lﻩ killall[—e］［－ｇ］［-ｉ］［-q][—ｖ］[—w][—Ｖ］[—ssignaｌ］[——］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；－g:终止指定所属组内的所有进程;-i:交互式工作，终止进程前需要用户确认;－l: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－l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尸状态会造成ｋilｌａｌl无限等待。示例：killall－lﻩ #查询可用信号kilｌallman ＃终止所有名为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–lfuser[—a｜-s]［—ｎnａmespacｅ]［—sigｎal］［-kimuv]ｎａme...说明：在fｕser的默认输出中，进程号的后面可以跟有ｃ、e、f、r、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:终止所有使用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；—l：列所使用的信号名；ﻩ-m:安装的文件系统；－nnaｍｅsｐａce: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;－signaｌ: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)显示使用本地网络端口的进程ｆusertelnet/tcpﻩ#监视本地teｌnet和ftp端口的ｔcp活动情况fｕseｒ–u２3/tcp２1/tｃp ＃监视本地tｅlneｔ和ftp端口的tcｐ活动情况＃fuｓer–ｎtcp21ﻩﻩ#监视本地ｆｔp端口的ｔcp活动情况4．让进程抗终止运行（nｏhup)原理：在UNIX/Linｕx环境下进程可在前台运行,也可在后台运行.但不论哪种情况，只要启动进程的用户退出了，他创建的所有进程都将终止.这是因为当用户退出时，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:nohupｃommaｎｄ[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，它将输出追加到当前目录的ｎｏｈup.ouｔ文件.如果当前目录的nohｕp.out没有写权限，输出将被重定向到$HOＭE/ｎohup.ouｔ。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，则将创建之，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到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：126－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〉：例如：－n5，NICE=5，-ｎ－5，NICＥ＝-５-<NIＣE>:例如:—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，来降低它的优先级，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，而没有指定NICE,则将NＩCE设置为10，从而降低了优先级。如果要设置负的NIＣE,而提高进程的优先级，则要求用户必须