[Linux]Process Utilization

Process Utilization

1 进程跟踪：使用top命令

top 输出详解

运行 top 命令后，会看到如下输出：

top - 18:06:26 up 6 days,  4:07,  2 users,  load average: 0.92, 0.62, 0.59
Tasks: 389 total,   1 running, 387 sleeping,   0 stopped,   1 zombie
%Cpu(s):  1.8 us,  0.4 sy,  0.0 ni, 97.6 id,  0.1 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
KiB Mem:  32870888 total, 27467976 used,  5402912 free,   518808 buffers
KiB Swap: 33480700 total,    39892 used, 33440808 free. 19454152 cached Mem

PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU %MEM     TIME+ COMMAND                             

 6675 patty    20   0 1731472 520960  30876 S   8.3  1.6 160:24.79 chrome                             

 6926 patty    20   0  935888 163456  25576 S   4.3  0.5   5:28.13 chrome 

• 第一行：显示当前时间、系统已运行时长、当前登录用户数及系统负载平均值。

• 第二行：展示了系统中任务的状态，包括运行中、休眠、停止及僵尸状态的任务数量。

• 第三行：CPU 使用情况细分

  • us：用户cpu时间

  • sy：系统cpu时间

  • ni：nice cpu时间

  • id：cpu空闲时间

  • wa：cpu等待I/O时间，如果很低，通常不会是网络或disk问题

  • hi：cpu花在处理硬件中断上的时间

  • si：cpu花在处理软中断上的时间

  • st：steal time，如果运行了虚拟机，这表示被其他任务偷走的cpu时间

• 第四与第五行：分别展示内存和交换分区的使用情况。随后是进程列表，每个进程的信息包括：

  • PID: 进程ID

  • USER: 拥有该进程的用户

  • PR: 进程优先级

  • NI: nice值

  • VIRT: 虚拟内存使用量

  • RES: 物理内存使用量

  • SHR: 共享内存大小

  • S: 进程状态（S=睡眠，R=运行，Z=僵尸，D=不可中断，T=已停止）

  • %CPU: 占用的CPU百分比

  • %MEM: 占用的RAM百分比

  • TIME+: 总活动时间

  • COMMAND: 进程名称

若只想监控特定进程ID为1的进程，可以使用以下命令：

$ top -p 1

2 使用 lsof 和 fuser 工具

当尝试卸载一个USB设备时，如果遇到“设备或资源忙”的错误，如何确定哪些文件正在被使用？这里介绍两个实用工具：lsof 和 fuser。

lsof

lsof（”list open files”的缩写）命令用于列出系统上所有打开的文件及其关联进程。在Linux系统中，“文件”不仅指文本文件、图像等，还包括磁盘、管道、网络套接字、设备等。

例如，要查看当前目录下有哪些文件被哪些进程打开：

pete@icebox:~$ lsof .

输出示例：

COMMAND    PID  USER   FD   TYPE DEVICE SIZE/OFF NODE NAME
lxsession 1491 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
update-no 1796 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
nm-applet 1804 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
indicator 1809 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
xterm     2205 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
bash      2207 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
lsof      5914 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .
lsof      5915 pete  cwd    DIR    8,6     4096  131 .

这展示了每个进程的工作目录（cwd），帮助识别占用设备或文件的进程。

fuser

fuser 命令提供了另一种追踪文件使用的手段。它显示使用特定文件或文件系统的进程信息。

例如，查看哪个进程正在使用 /home/pete 目录：

pete@icebox:~$ fuser -v .

输出示例：

                     USER  PID ACCESS COMMAND
/home/pete:         pete  1491 ..c.. lxsession
                     pete  1796 ..c.. update-notifier
                     pete  1804 ..c.. nm-applet
                     pete  1809 ..c.. indicator-power
                     pete  2205 ..c.. xterm
                     pete  2207 ..c.. bash

此输出揭示了哪些进程正在访问指定目录。通过这些信息，可以决定是否终止相关进程以释放设备或文件，从而顺利完成卸载操作。

3 线程

线程与进程类似，它们都是执行程序的实体，常被称为轻量级进程。

进程各自独立运作，并拥有隔离的系统资源，而线程则能够在同一进程中共享这些资源，这使得线程间的通信更为便捷。在某些情况下，采用多线程应用程序比使用多进程应用程序更加高效。

举例来说，当同时打开LibreOffice Writer和Chrome时，每个应用都作为独立的进程运行。在Writer中编辑文本时，编辑动作和自动保存功能可以并行作为两个“轻量级进程”，即线程来实现。

查看进程线程

要查看系统中的进程及其线程，可以使用ps m命令：

pete@icebox:~$ ps m

输出示例：

 PID TTY      STAT   TIME COMMAND
2207 pts/2    -      0:01 bash
   - -        Ss     0:01 -
5252 pts/2    -      0:00 ps m
   - -        R+     0:00 -

在此示例中，PID表示各个进程，而在进程下的线程以“–”标识。从上述输出可以看出，这两个进程均为单线程进程。

4 CPU监控

uptime命令可以帮助我们快速了解系统的运行时间和负载情况。

pete@icebox:~$ uptime
 17:23:35 up 1 day,  5:59,  2 users,  load average: 0.00, 0.02, 0.05

uptime命令提供了关于系统运行时间、当前登录用户数以及过去1分钟、5分钟和15分钟的平均负载的信息。

平均负载

平均负载是衡量CPU负载的一个良好指标，所谓CPU负载，指的是等待CPU执行的进程数的平均值。

对于多核处理器而言，每个核心可以被视为一条独立的车道。例如，拥有四核处理器（4个核心）的计算机，其平均负载为1时，实际上只使用了25%的CPU资源。可以通过查看/proc/cpuinfo文件来确认系统中的核心数量：

cat /proc/cpuinfo

监控与分析

观察平均负载时，必须考虑核心数量。如果发现系统的平均负载持续偏高，可能意味着存在需要解决的问题。

5 I/O监控

除了CPU使用情况，还可以通过iostat来监控磁盘使用情况。下面是一个示例输出：

pete@icebox:~$ iostat

Linux 3.13.0-39-lowlatency (icebox)     01/28/2016      _i686_  (1 CPU)

avg-cpu:  %user   %nice %system %iowait  %steal   %idle
           0.13    0.03    0.50    0.01    0.00   99.33

Device:            tps    kB_read/s    kB_wrtn/s    kB_read    kB_wrtn
sda               0.17         3.49         1.92     385106     212417

第一部分是CPU信息

• %user: 显示执行用户级应用程序时的CPU利用率百分比。
• %nice: 显示在执行具有优先级调整的用户级进程时的CPU利用率百分比。
• %system: 显示执行系统级别（内核）任务时的CPU利用率百分比。
• %iowait: 显示CPU在有未完成磁盘I/O请求期间处于空闲状态的时间百分比。
• %steal: 显示虚拟CPU等待其他虚拟处理器服务时所花费的时间百分比。
• %idle: 显示CPU在没有未完成磁盘I/O请求的情况下处于空闲状态的时间百分比。

第二部分是磁盘利用率

• tps: 每秒传输到设备的次数。一次传输即为对设备的一个I/O请求，多个逻辑请求可以合并成一个I/O请求。
• kB_read/s: 每秒从设备读取的数据量，以KB表示。
• kB_wrtn/s: 每秒写入设备的数据量，以KB表示。
• kB_read: 从设备读取的总数据量，单位是KB。
• kB_wrtn: 写入设备的总数据量，单位是KB。

6 内存监控

可以使用vmstat工具来监控内存使用情况。以下是一个示例输出：

pete@icebox:~$ vmstat

procs -----------memory---------- ---swap-- -----io---- -system-- ------cpu-----
 r  b   swpd   free   buff  cache   si   so    bi    bo   in   cs us sy id wa st
 1  0      0 396528  38816 384036    0    0     4     2   38   79  0  0 99  0  0

进程(procs)

• r: 处于运行状态的进程数量。
• b: 处于不可中断睡眠状态的进程数量。

内存(memory)

• swpd: 已使用的虚拟内存大小。
• free: 空闲内存大小。
• buff: 用作缓冲区的内存大小。
• cache: 用作缓存的内存大小。

交换(swap)

• si: 从磁盘交换进内存的数据量。
• so: 从内存交换到磁盘的数据量。

I/O

• bi: 从块设备接收到的数据块数量。
• bo: 发送到块设备的数据块数量。

系统(system)

• in: 每秒发生的中断次数。
• cs: 每秒上下文切换次数。

CPU

• us: 用户态时间占比。
• sy: 内核态时间占比。
• id: 空闲时间占比。
• wa: 等待I/O操作完成的时间占比。

7 持续监控

当系统出现问题时，使用监控工具进行检查是很有帮助的。然而，对于那些在不观察时发生的问题，需要依赖持续监控工具。这类工具能够收集、报告并保存系统活动信息，便于后续分析。

安装sar

sar用于对系统进行历史数据分析。首先，请确保已安装sysstat包，以便使用sar。可以通过以下命令安装：

sudo apt install sysstat

设置数据收集

通常，在安装sysstat后，系统会自动开始收集数据。如果没有自动开启，可以通过修改/etc/default/sysstat文件中的ENABLED字段来启用数据收集功能。

使用sar

• 查看当天系统负载详情：

  sudo sar -q

• 查看当天内存使用情况：

  sudo sar -r

• 查看CPU使用情况：

  sudo sar -P

要查看其他日期的数据，可以访问/var/log/sysstat/saXX目录，其中XX是要查看的日期。例如，查看2号的数据，可以使用如下命令：

sar -q /var/log/sysstat/sa02

8 定时任务(Cron Jobs)

cron是Linux中用于定时执行任务的工具。通过cron服务，可以在指定的时间自动运行程序，这对于需要每日或定期执行的脚本尤其有用。

例如，假设有一个位于/home/pete/scripts/change_wallpaper的脚本，希望每天早晨用它来更换壁纸。但目前每次都需要手动执行这个脚本。此时，可以通过创建一个cron作业，在指定时间自动执行该脚本。

以下是一个示例：

30 08 * * * /home/pete/scripts/change_wallpaper

各字段从左至右分别表示：

• 分钟（0-59）
• 小时（0-23）
• 月份中的某一天（1-31）
• 月（1-12）
• 星期几（0-7），其中0和7均代表星期日

星号(*)表示匹配所有可能值。因此，上述示例将在每天的上午8:30执行。

要创建cron作业，只需编辑crontab文件：

crontab -e

这将打开当前用户的cron作业列表，可以在此添加新的作业。