linux进程管理和作业控制

 

 

   Linux是一个多任务的操作系统，系统上同时运行着多个进程，正在执行的一个或多个相关进程称为一个作业。使用作业控制，用户可以同时运行多个作业，并在需要时在作业之间进行切换。本章详细介绍进程管理及作业控制的命令，包括启动进程、查看进程、调度作业的命令。

　　进程及作业的概念

　　Linux是一个多用户多任务的操作系统。多用户是指多个用户可以在同一时间使用计算机系统；多任务是指Linux可以同时执行几个任务，它可以在还未执行完一个任务时又执行另一项任务。 操作系统管理多个用户的请求和多个任务。

　　大多数系统都只有一个CPU和一个主存，但一个系统可能有多个二级存储磁盘和多个输入/输出设备。操作系统管理这些资源并在多个用户间共享资源，当您提出一个请求时，给您造成一种假象，好象系统只被您独自占用。而实际上操作系统监控着一个等待执行的任务队列，这些任务包括用户作业、操作系统任务、邮件和打印作业等。操作系统根据每个任务的优先级为每个任务分配合适的时间片，每个时间片大约都有零点几秒，虽然看起来很短，但实际上已经足够计算机完成成千上万的指令集。每个任务都会被系统运行一段时间，然后挂起，系统转而处理其他任务；过一段时间以后再回来处理这个任务，直到某个任务完成，从任务队列中去除。

　　Linux系统上所有运行的东西都可以称之为一个进程。每个用户任务、每个系统管理守护进程，都可以称之为进程。Linux用分时管理方法使所有的任务共同分享系统资源。我们讨论进程的时候，不会去关心这些进程究竟是如何分配的，或者是内核如何管理分配时间片的，我们所关心的是如何去控制这些进程，让它们能够很好地为用户服务。

　　进程的一个比较正式的定义是：在自身的虚拟地址空间运行的一个单独的程序。进程与程序是有区别的，进程不是程序，虽然它由程序产生。程序只是一个静态的指令集合，不占系统的运行资源；而进程是一个随时都可能发生变化的、动态的、使用系统运行资源的程序。而且一个程序可以启动多个进程。

　　Linux操作系统包括三种不同类型的进程，每种进程都有自己的特点和属性。

　　交互进程——由一个shell启动的进程。交互进程既可以在前台运行，也可以在后台运行。

　　批处理进程——这种进程和终端没有联系，是一个进程序列。

　　监控进程（也称守护进程）——Linux系统启动时启动的进程，并在后台运行。

　　上述三种进程各有各的作用，使用场合也有所不同。

　　进程和作业的概念也有区别。一个正在执行的进程称为一个作业，而且作业可以包含一个或多个进程，尤其是当使用了管道和重定向命令。例如“nroff -man ps.1|grep kill|more”这个作业就同时启动了三个进程。

　　作业控制指的是控制正在运行的进程的行为。比如，用户可以挂起一个进程，等一会儿再继续执行该进程。shell将记录所有启动的进程情况，在每个进程过程中，用户可以任意地挂起进程或重新启动进程。作业控制是许多shell（包括bash和tcsh）的一个特性，使用户能在多个独立作业间进行切换。

　　一般而言，进程与作业控制相关联时，才被称为作业。

　　在大多数情况下，用户在同一时间只运行一个作业，即它们最后向shell键入的命令。但是使用作业控制，用户可以同时运行多个作业，并在需要时在这些作业间进行切换。这会有什么用途呢？例如，当用户编辑一个文本文件，并需要中止编辑做其他事情时，利用作业控制，用户可以让编辑器暂时挂起，返回shell提示符开始做其他的事情。其他事情做完以后，用户可以重新启动挂起的编辑器，返回到刚才中止的地方，就象用户从来没有离开编辑器一样。这只是一个例子，作业控制还有许多其他实际的用途。

　　启动进程

　　键入需要运行的程序的程序名，执行一个程序，其实也就是启动了一个进程。在Linux系统中每个进程都具有一个进程号，用于系统识别和调度进程。启动一个进程有两个主要途径：手工启动和调度启动，后者是事先进行设置，根据用户要求自行启动。

　　手工启动

　　由用户输入命令，直接启动一个进程便是手工启动进程。但手工启动进程又可以分为很多种，根据启动的进程类型不同、性质不同，实际结果也不一样，下面分别介绍。

　　1. 前台启动

　　这或许是手工启动一个进程的最常用的方式。一般地，用户键入一个命令“ls –l”，这就已经启动了一个进程，而且是一个前台的进程。这时候系统其实已经处于一个多进程状态。或许有些用户会疑惑：我只启动了一个进程而已。但实际上有许多运行在后台的、系统启动时就已经自动启动的进程正在悄悄运行着。还有的用户在键入“ls –l”命令以后赶紧使用“ps –x”查看，却没有看到ls进程，也觉得很奇怪。其实这是因为ls这个进程结束太快，使用ps查看时该进程已经执行结束了。如果启动一个比较耗时的进程:

　　find / -name fox.jpg

　　然后再把该进程挂起，使用ps查看，就会看到一个find进程在里面。

　　2. 后台启动

　　直接从后台手工启动一个进程用得比较少一些，除非是该进程甚为耗时，且用户也不急着需要结果的时候。假设用户要启动一个需要长时间运行的格式化文本文件的进程。为了不使整个shell在格式化过程中都处于“瘫痪”状态，从后台启动这个进程是明智的选择。

　　[例1]

　　$ troff –me notes > note_form &

　　[1] 4513

　　$

　　由上例可见，从后台启动进程其实就是在命令结尾加上一个&号。键入命令以后，出现一个数字，这个数字就是该进程的编号，也称为PID，然后就出现了提示符。用户可以继续其他工作。

　　上面介绍了前、后台启动的两种情况。实际上这两种启动方式有个共同的特点，就是新进程都是由当前shell这个进程产生的。也就是说，是shell创建了新进程，于是就称这种关系为进程间的父子关系。这里shell是父进程，而新进程是子进程。一个父进程可以有多个子进程，一般地，子进程结束后才能继续父进程；当然如果是从后台启动，那就不用等待子进程结束了。

　　一种比较特殊的情况是在使用管道符的时候。例如：

　　nroff -man ps.1|grep kill|more

　　这时候实际上是同时启动了三个进程。请注意是同时启动的，所有放在管道两边的进程都将被同时启动，它们都是当前shell的子程序，互相之间可以称为兄弟进程。

　　以上介绍的是手工启动进程的一些内容，作为一名系统管理员，很多时候都需要把事情安排好以后让其自动运行。因为管理员不是机器，也有离开的时候，所以有些必须要做的工作而恰好管理员不能亲自操作，这时候就需要使用调度启动进程了。

　　调度启动

　　有时候需要对系统进行一些比较费时而且占用资源的维护工作，这些工作适合在深夜进行，这时候用户就可以事先进行调度安排，指定任务运行的时间或者场合，到时候系统会自动完成这一切工作。

　　要使用自动启动进程的功能，就需要掌握以下几个启动命令。

　　at命令

　　用户使用at命令在指定时刻执行指定的命令序列。也就是说，该命令至少需要指定一个命令、一个执行时间才可以正常运行。at命令可以只指定时间，也可以时间和日期一起指定。需要注意的是，指定时间有个系统判别问题。比如说：用户现在指定了一个执行时间：凌晨3:20，而发出at命令的时间是头天晚上的20:00，那么究竟是在哪一天执行该命令呢？如果用户在3:20以前仍然在工作，那么该命令将在这个时候完成；如果用户3:20以前就退出了工作状态，那么该命令将在第二天凌晨才得到执行。下面是at命令的语法格式：

　　at [-V] [-q 队列] [-f 文件名] [-mldbv] 时间

　　at -c 作业 [作业...]

　　at允许使用一套相当复杂的指定时间的方法，实际上是将POSIX.2标准扩展了。它可以接受在当天的hh:mm（小时:分钟）式的时间指定。如果该时间已经过去，那么就放在第二天执行。当然也可以使用midnight（深夜），noon（中午），teatime（饮茶时间，一般是下午4点）等比较模糊的词语来指定时间。用户还可以采用12小时计时制，即在时间后面加上AM（上午）或者PM（下午）来说明是上午还是下午。

　　也可以指定命令执行的具体日期，指定格式为month day（月 日）或者mm/dd/yy（月/日/年）或者dd.mm.yy（日.月.年）。指定的日期必须跟在指定时间的后面。

　　上面介绍的都是绝对计时法，其实还可以使用相对计时法，这对于安排不久就要执行的命令是很有好处的。指定格式为：now + count time-units ，now就是当前时间，time-units是时间单位，这里可以是 minutes（分钟）、hours（小时）、days（天）、weeks（星期）。count是时间的数量，究竟是几天，还是几小时，等等。

　　还有一种计时方法就是直接使用today（今天）、tomorrow（明天）来指定完成命令的时间。下面通过一些例子来说明具体用法。

　　[例2] 指定在今天下午5:30执行某命令。假设现在时间是中午12:30，1999年2月24日，其命令格式如下：

　　at 5:30pm

　　at 17:30

　　at 17:30 today

　　at now + 5 hours

　　at now + 300 minutes

　　at 17:30 24.2.99

　　at 17:30 2/24/99

　　at 17:30 Feb 24

　　以上这些命令表达的意义是完全一样的，所以在安排时间的时候完全可以根据个人喜好和具体情况自由选择。一般采用绝对时间的24小时计时法可以避免由于用户自己的疏忽造成计时错误的情况发生，例如上例可以写成：

　　at 17:30 2/24/99

　　这样非常清楚，而且别人也看得懂。

　　对于at命令来说，需要定时执行的命令是从标准输入或者使用-f选项指定的文件中读取并执行的。如果at命令是从一个使用su命令切换到用户shell中执行的，那么当前用户被认为是执行用户，所有的错误和输出结果都会送给这个用户。但是如果有邮件送出的话，收到邮件的将是原来的用户，也就是登录时shell的所有者。

　　[例3]

　　$ at -f work 4pm + 3 days

　　在三天后下午4点执行文件work中的作业。

　　$ at -f work 10am Jul 31

　　在7月31日上午10点执行文件work中的作业。

　　在任何情况下，超级用户都可以使用这个命令。对于其他用户来说，是否可以使用就取决于两个文件：/etc/at.allow和/etc/at.deny。如果/etc/at.allow文件存在的话，那么只有在其中列出的用户才可以使用at命令；如果该文件不存在，那么将检查/etc/at.deny文件是否存在，在这个文件中列出的用户均不能使用该命令。如果两个文件都不存在，那么只有超级用户可以使用该命令；空的/etc/at.deny文件意味着所有的用户都可以使用该命令，这也是默认状态。

　　下面对命令中的参数进行说明。

　　-V 将标准版本号打印到标准错误中。

　　-q queue 使用指定的队列。队列名称是由单个字母组成，合法的队列名可以由a-z或者A-Z。a队列是at命令的默认队列。

　　-m 作业结束后发送邮件给执行at命令的用户。

　　-f file 使用该选项将使命令从指定的file读取，而不是从标准输入读取。

　　-l atq命令的一个别名。该命令用于查看安排的作业序列，它将列出用户排在队列中的作业，如果是超级用户，则列出队列中的所有工作。

　　命令的语法格式如下:

　　atq [-V] [-q 队列] [-v]

　　-d atrm 命令的一个别名。该命令用于删除指定要执行的命令序列，语法格式如下：

　　atrm [-V] 作业 [作业...]

　　-c 将命令行上所列的作业送到标准输出。

　　[例4] 找出系统中所有以txt为后缀名的文件，并且进行打印。打印结束后给用户foxy发出邮件通知取件。指定时间为十二月二十五日凌晨两点。

　　首先键入：

　　$ at 2:00 12/25/99

　　然后系统出现at>提示符，等待用户输入进一步的信息，也就是需要执行的命令序列：

　　at> find / -name “*.txt”|lpr

　　at> echo “foxy：All texts have been printed.You can take them over.Good day!River” |mail -s ”job done” foxy

　　输入完每一行指令然后回车，所有指令序列输入完毕后，使用组合键结束at命令的输入。这时候屏幕将出现如下信息：

　　warning:command will be executed using /bin/sh.

　　job 1 at 1999-12-25 02:00

　　提醒用户将使用哪个shell来执行该命令序列。 实际上如果命令序列较长或者经常被执行的时候，一般都采用将该序列写到一个文件中，然后将文件作为at命令的输入来处理。这样不容易出错。

　　例5] 上面的例子可以修改如下：

　　将命令序列写入到文件/tmp/printjob，语句为：

　　$ at -f /tmp/printjob 2:00 12/25/99

　　这样一来，at命令将使用文件中的命令序列，屏幕显示如下：

　　Warning:command will be executed using /bin/sh.

　　job 2 at 1999-12-25 02:00

　　当然也可以采用以下命令：

　　$ at< /tmp/printjob 2:00 12/25/99

　　来完成同样的任务。也就是使用输入重定向的办法将文件定向为命令输入。

　　batch命令

　　batch 用低优先级运行作业，该命令几乎和at命令的功能完全相同，唯一的区别在于，at命令是在指定时间，很精确的时刻执行指定命令；而batch却是在系统负载较低，资源比较空闲的时候执行命令。该命令适合于执行占用资源较多的命令。

　　batch命令的语法格式也和at命令十分相似，即

　　batch [-V] [-q 队列] [-f 文件名] [-mv] [时间]

　　具体的参数解释请参考at命令。一般地说，不用为batch命令指定时间参数，因为batch本身的特点就是由系统决定执行任务的时间，如果用户再指定一个时间，就失去了本来的意义。

　　[例6] 使用例4，键入：

　　$ batch

　　at> find / -name *.txt|lpr

　　at> echo “foxy：All texts have been printed.You can take them over.Good day!River” |mail -s ”job done” foxy

　　现在这个命令就会在合适的时间进行了，进行完后会发回一个信息。

　　仍然使用组合键来结束命令输入。而且batch和at命令都将自动转入后台，所以启动的时候也不需要加上&符号。

　　cron命令

　　前面介绍的两条命令都会在一定时间内完成一定任务，但是要注意它们都只能执行一次。也就是说，当指定了运行命令后，系统在指定时间完成任务，一切就结束了。但是在很多时候需要不断重复一些命令，比如：某公司每周一自动向员工报告头一周公司的活动情况，这时候就需要使用cron命令来完成任务了。

　　实际上，cron命令是不应该手工启动的。cron命令在系统启动时就由一个shell脚本自动启动，进入后台（所以不需要使用&符号）。一般的用户没有运行该命令的权限，虽然超级用户可以手工启动cron，不过还是建议将其放到shell脚本中由系统自行启动。

　　首先cron命令会搜索/var/spool/cron目录，寻找以/etc/passwd文件中的用户名命名的crontab文件，被找到的这种文件将载入内存。例如一个用户名为foxy的用户，它所对应的crontab文件就应该是/var/spool/cron/foxy。也就是说，以该用户命名的crontab文件存放在/var/spool/cron目录下面。cron命令还将搜索/etc/crontab文件，这个文件是用不同的格式写成的。

　　cron启动以后，它将首先检查是否有用户设置了crontab文件，如果没有就转入“休眠”状态，释放系统资源。所以该后台进程占用资源极少。它每分钟“醒”过来一次，查看当前是否有需要运行的命令。命令执行结束后，任何输出都将作为邮件发送给crontab的所有者，或者是/etc/crontab文件中MAILTO环境变量中指定的用户。

　　上面简单介绍了一些cron的工作原理，但是cron命令的执行不需要用户干涉；需要用户修改的是crontab中要执行的命令序列，所以下面介绍crontab命令。

　　crontab命令

　　crontab命令用于安装、删除或者列出用于驱动cron后台进程的表格。也就是说，用户把需要执行的命令序列放到crontab文件中以获得执行。每个用户都可以有自己的crontab文件。下面就来看看如何创建一个crontab文件。

　　在/var/spool/cron下的crontab文件不可以直接创建或者直接修改。crontab文件是通过crontab命令得到的。现在假设有个用户名为foxy，需要创建自己的一个crontab文件。首先可以使用任何文本编辑器建立一个新文件，然后向其中写入需要运行的命令和要定期执行的时间。

　　然后存盘退出。假设该文件为/tmp/test.cron。再后就是使用crontab命令来安装这个文件，使之成为该用户的crontab文件。键入：

　　crontab test.cron

　　这样一个crontab 文件就建立好了。可以转到/var/spool/cron目录下面查看，发现多了一个foxy文件。这个文件就是所需的crontab 文件。用more命令查看该文件的内容可以发现文件头有三行信息：

　　#DO NOT EDIT THIS FILE -edit the master and reinstall.

　　#（test.cron installed on Mon Feb 22 14:20:20 1999）

　　#（cron version --$Id:crontab.c，v 2.13 1994/01/17 03:20:37 vivie Exp $）

　　大概意思是：

　　#切勿编辑此文件——如果需要改变请编辑源文件然后重新安装。

　　#test.cron文件安装时间：14:20:20 02/22/1999

　　如果需要改变其中的命令内容时，还是需要重新编辑原来的文件，然后再使用crontab命令安装。

　　可以使用crontab命令的用户是有限制的。如果/etc/cron.allow文件存在，那么只有其中列出的用户才能使用该命令；如果该文件不存在但cron.deny文件存在，那么只有未列在该文件中的用户才能使用crontab命令；如果两个文件都不存在，那就取决于一些参数的设置，可能是只允许超级用户使用该命令，也可能是所有用户都可以使用该命令。

　　crontab命令的语法格式如下：

　　crontab [-u user] file

　　crontab [-u user]{-l|-r|-e}

　　第一种格式用于安装一个新的crontab 文件，安装来源就是file所指的文件，如果使用“-”符号作为文件名，那就意味着使用标准输入作为安装来源。

　　-u 如果使用该选项，也就是指定了是哪个具体用户的crontab 文件将被修改。如果不指定该选项，crontab 将默认是操作者本人的crontab ，也就是执行该crontab 命令的用户的crontab 文件将被修改。但是请注意，如果使用了su命令再使用crontab 命令很可能就会出现混乱的情况。所以如果是使用了su命令，最好使用-u选项来指定究竟是哪个用户的crontab文件。

　　-l 在标准输出上显示当前的crontab。

　　-r 删除当前的crontab文件。

　　-e 使用VISUAL或者EDITOR环境变量所指的编辑器编辑当前的crontab文件。当结束编辑离开时，编辑后的文件将自动安装。

　　[例7]

　　# crontab -l #列出用户目前的crontab。

　　10 6 * * * date

　　0 */2 * * * date

　　0 23-7/2，8 * * * date

　　#

　　在crontab文件中如何输入需要执行的命令和时间。该文件中每行都包括六个域，其中前五个域是指定命令被执行的时间，最后一个域是要被执行的命令。每个域之间使用空格或者制表符分隔。格式如下：

　　minute hour day-of-month month-of-year day-of-week commands

　　第一项是分钟，第二项是小时，第三项是一个月的第几天，第四项是一年的第几个月，第五项是一周的星期几，第六项是要执行的命令。这些项都不能为空，必须填入。如果用户不需要指定其中的几项，那么可以使用*代替。因为*是统配符，可以代替任何字符，所以就可以认为是任何时间，也就是该项被忽略了。在表4-1中给出了每项的合法范围。

　　表4-1　指定时间的合法范围

　　时间

　　合法值

　　minute 00-59

　　hour 00-23，其中00点就是晚上12点

　　day-of-month

　　01-31

　　month-of-year

　　01-12

　　day-of-week

　　0-6，其中周日是0

　　这样用户就可以往crontab 文件中写入无限多的行以完成无限多的命令。命令域中可以写入所有可以在命令行写入的命令和符号，其他所有时间域都支持列举，也就是域中可以写入很多的时间值，只要满足这些时间值中的任何一个都执行命令，每两个时间值中间使用逗号分隔。

　　[例8]

　　5，15，25，35，45，55 16，17，18 * * * command

　　这就是表示任意天任意月，其实就是每天的下午4点、5点、6点的5 min、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min时执行命令。

　　[例9]

　　在每周一，三，五的下午3：00系统进入维护状态，重新启动系统。那么在crontab 文件中就应该写入如下字段：

　　00 15 * * 1，3，5 shutdown -r +5

　　然后将该文件存盘为foxy.cron，再键入crontab foxy.cron安装该文件。

　　[例10]

　　每小时的10分，40分执行用户目录下的innd/bbslin这个指令：

　　10，40 * * * * innd/bbslink

　　[例11]

　　每小时的1分执行用户目录下的bin/account这个指令：

　　1 * * * * bin/account

　　[例12]

　　每天早晨三点二十分执行用户目录下如下所示的两个指令（每个指令以;分隔）：

　　20 3 * * * （/bin/rm -f expire.ls logins.bad;bin/expire>expire.1st）

　　[例13]

　　每年的一月和四月，4号到9号的3点12分和3点55分执行/bin/rm -f expire.1st这个指令，并把结果添加在mm.txt这个文件之后（mm.txt文件位于用户自己的目录位置）。

　　12,55 3 4-9 1,4 * /bin/rm -f expire.1st>> m.txt

　　[例14]

　　我们来看一个超级用户的crontab文件：

　　#Run the ‘atrun’ program every minutes

　　#This runs anything that’s due to run from ‘at’.See man ‘at’ or ‘atrun’. 0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 * * * * /usr/lib/atrun

　　40 7 * * * updatedb

　　8,10,22,30,39,46,54,58 * * * * /bin/sync

　　进程的挂起及恢复命令bg、fg

　　作业控制允许将进程挂起并可以在需要时恢复进程的运行，被挂起的作业恢复后将从中止处开始继续运行。只要在键盘上按，即可挂起当前的前台作业。

　　[例15]

　　$ cat >

　　< ctrl+z>

　　text.file [1] + stopped cat > text.file

　　$ jobs [1]+ stopped cat >text.file

　　在键盘上按后，将挂起当前执行的命令cat。使用jobs命令可以显示shell的作业清单，包括具体的作业、作业号以及作业当前所处的状态。

　　恢复进程执行时，有两种选择：用fg命令将挂起的作业放回到前台执行；用bg命令将挂起的作业放到后台执行。

　　[例16]

　　用户正在使用Emacs，突然需要查看系统进程情况。就首先使用组合键将Emacs进程挂起，然后使用bg命令将其在后台启动，这样就得到了前台的操作控制权，接着键入“ps –x”查看进程情况。查看完毕后，使用fg命令将Emacs带回前台运行即可。其命令格式为：

　　< ctrl+z>

　　$ bg emacs

　　$ ps –x

　　$ fg emacs

　　默认情况下，fg和bg命令对最近停止的作业进行操作。如果希望恢复其他作业的运行，可以在命令中指定要恢复作业的作业号来恢复该作业。例如：

　　$ fg 1

　　cat > text.file

　　灵活使用上述命令，将给自己带来很大的方便。