linux查看进程的所有线程(详解Linux进程管理概念)

概述

进程管理在任何操作系统上都是最重要事情。高效的进程管理能够确保应用高效稳定的运 行。 Linux的进程管理方式类似于Unix的进程管理方式,包含进程调度、中断处理、信号、进程优 先级、进程切换、进程状态、进程的内存等等。

什么是进程

进程是在处理器中执行的实例,内核调度各类资源来满足进程的需求。 所有运行在Linux操作系统的进程都被task_struct这个结构体管理,task_struct也被称为进程 描述符。进程描述符包含一个进程运行所需的所有信息,比如进程的id、进程的属性以及构建 进程的资源。

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进程信息相关结构

进程的生命周期

每个进程都有自己生命周期,比如创建、执行、终止和删除。在系统运行过程中,这些阶段 反复执行成千上万次。因此,从性能的角度来看,进程的生命周期十分重要。

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一般进程的生命周期

当一个进程创建一个新的进程,创建进程的进程(父进程)使用名为fork()的系统调用。当 fork()被调用的时候,它会为新创建的进程(子进程)获得一个进程描述符,并且设置新的进 程ID。复制父进程的进程描述符给子进程。这时候,不会复制父进程的地址空间,而是父子 进程使用同样的地址空间。

exec()系统调用把新程序复制到子进程的地址空间。由于共享同样的地址空间,写入新进程的 数据会引发页错误的异常。此时,内核给子进程分配新的物理页。

这个延迟的操作叫做Copy On Write。子进程和父进程执行的程序通常不一样,它执行自己的 程序。这个操作避免了不必要的开销,因为,复制整个地址空间是很慢且低效率的,还会消 耗很多的处理器时间和资源。

当程序执行完成,子进程使用exit()系统调用终止。exit()会释放进程的大部分数据结构,并且 把这个终止的消息通知给父进程。这时候,子进程被称为zombie process(僵尸进程)。 直到父进程通过wait()系统调用知悉子进程终止之前,子进程都不会被完全的清除。一旦父进 程知道子进程终止,它会清除子进程的所有数据结构和进程描述符。


线程

线程是单个进程中生成的执行单元。多个线程在同一个进程中并发运行。它们共享内存、地 址空间、打开文件等等资源。还能访问同样的应用数据集。线程也被称为轻量级进程(Light Weight Process)。由于线程间共享资源,线程不能同时改变它们共享的资源。互斥、锁、 序列化等等都是由用户应用程序来实现。

从性能的角度看,创建线程比创建进程更加低消耗,因为创建线程不需要复制资源。另一方 面,从进程和线程在调度上看,他们拥有相似的行为。内核用类似的方法来处理他们。

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在当前的Linux实现中,线程由POSIX(Portable Operating System Interface for UNIX,可移 植操作系统接口)的兼容库(pthread)提供。Linux支持多线程。


进程优先级和nice级别

进程优先级由动态优先级和静态优先级决定,它是决定进程在CPU中执行顺序的数字。优先 级越高的进程被处理器执行的机会越大。

根据进程的行为,内核使用启发式算法决定开启或关闭动态优先级。可以通过nice级别直接修 改进程的静态优先级,拥有越高静态优先级的进程会获得更长的时间片(时间片是进程在处 理器中的执行时间)。

Linux支持的nice级别从19(最低优先级)到-20(最高优先级),默认只是0。只有root身份 的用户才能把进程的nice级别调整为负数(让其具备较高优先级)。


进程状态

每个进程都有自己的状态,显示进程中当前发生的事情,进程执行时进程状态发生改变。

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可能的状态列表如下:

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