day 22 ----进程管理及平均负载相关知识

一、管理进程状态

当程序运行为进程后,如果希望停止进程,怎么办呢? 那么此时我们可以使用linux的kill命令对进程发送关闭信号。当然除了kill、还有killall,pkill

1.使用 kill -l 列出当前系统所支持的信号,但是我们常用的信号就三个

day 22 ----进程管理及平均负载相关知识_第1张图片
image.png
1    SIGHUP     通常用来重新加载配置文件
9    SIGKILL    强制杀死进程
15   SIGTERM    终止进程,默认kill使用该信号

2.我们使用kill命令杀死指定子进程(PID)的进程。

1.给 vsftpd 进程发送信号 1,15
[root@zhangwanshun~]# yum -y install vsftpd
[root@zhangwanshun~]# systemctl start vsftpd
[root@zhangwanshun~]# ps aux|grep vsftpd
#2.发送重载信号,例如 vsftpd 的配置文件发生改变,希望重新加载
[root@zhangwanshun~]# kill -1 9161
#3.发送停止信号,当然vsftpd 服务有停止的脚本 systemctl stop vsftpd
[root@zhangwanshun ~]# kill 9161
#4.发送强制停止信号,当无法停止服务时,可强制终止信号
[root@zhangwanshun ~]# kill -9 9161

3.Linux系统中的killall、pkill命令用于杀死指定名字的进程。我们可以使用kill命令杀死指定进程PID的进程,如果要找到我们需要杀死的进程,我们还需要在之前使用ps等命令再配合grep来查找进程,而killall、pkill把这两个过程合二为一,是一个很好用的命令

例1、通过服务名称杀掉进程
[root@zhangwanshun~]# pkill nginx
[root@zhangwanshun~]# killall nginx

#例2、使用pkill踢出从远程登录到本机的用户,终止pts/0上所有进
程, 并且bash也结束(用户被强制退出)
[root@zhangwanshun ~]# pkill -9 -t pts/0

二、管理后台进程

1.什么是后台进程?

将在前台运行的进程放入后台运行,这样及时我们关闭了终端也不影响进程的正常运行。

2.使用什么工具将进程放入后台

早期的时候大家都选择使用&符号将进程放入后台,然后在使用jobs、bg、fg等方式查看进程状态,但太麻烦了。也不直观,所以我们推荐使用screen(重要命令)。

3.screen的使用(强烈推荐,生产必用)

1.安装
[root@oldboy ~]# yum install screen -y

#2.开启一个screen窗口,指定名称
[root@oldboy ~]# screen -S  wget_mysql

#3.在screen窗口中执行任务即可

#4.平滑的退出screen,但不会终止screen中的任务,使用的命令为ctrl+a+d。
注意: 如果使用exit 才算真的关闭screen窗口

#5.查看当前正在运行的screen有哪些
[root@oldboy ~]# screen -list
    There is a screen on:
    22058.wget_mysql      (Detached)
1 Socket in /var/run/screen/S-root.

#6.进入正在运行的screen
[root@oldboy ~]# screen -r wget_mysql
[root@oldboy ~]# screen -r 22058

三、进程的优先级[进阶]

1.系统中如何给进程配置优先级?

在启动进程时,为不同的进程使用不同的调度策略。
nice 值越高: 表示优先级越低,例如+19,该进程容易将CPU 使用量让给其他进程。
nice 值越低: 表示优先级越高,例如 -20,该进程更不倾向于让出CPU。

2.使用top或ps命令查看进程的优先级

#1.使用top可以查看nice优先级。  NI: 实际nice级别, 默认是0。 
PR: 显示nice值,  -20映射到 0, +19映射到39

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

1083 root      20   0  298628   2808   1544 S  0.3  0.1   2:49.28 vmtoolsd

5    root       0 -20       0      0      0 S  0.0  0.0   0:00.00   
kworker/0:+

#2.使用ps查看进程优先级
[root@name ~]# ps axo command,nice |grep sshd|grep -v grep
/usr/sbin/sshd -D             0
sshd: root@pts/2              0

3.nice指定程序的优先级。语法格式 nice -n 优先级数字 进程名称

#1.开启vim并且指定程序优先级为-5
 [root@name ~]# nice -n -5 vim &
  [1] 98417

#2.查看该进程的优先级情况
[root@name ~]# ps axo pid,command,nice |grep 98417
 98417 vim       -5

4.renice命令修改一个正在运行的进程优先级。语法格式 renice -n 优先级数字进程pid

#1.查看sshd进程当前的优先级状态
[root@name ~]# ps axo pid,command,nice |grep 折叠shd
 70840 sshd: root@pts/2              0
 98002 /usr/sbin/sshd -D             0
 
#2.调整sshd主进程的优先级
[root@name~]# renice -n -20 98002
98002 (process ID) old priority 0, new priority -20

#3.调整之后记得退出终端
[root@name ~]# ps axo pid,command,nice |grep 折叠shd
 70840 sshd: root@pts/2              0
 98002 /usr/sbin/sshd -D           -20
[root@name ~]# exit

#4.当再次登陆sshd服务,会由主进程fork子进程(那么子进程会继承主进程的优先级)
[root@name ~]# ps axo pid,command,nice |grep 折叠shd
 98002 /usr/sbin/sshd -D           -20
 98122 sshd: root@pts/0            -20

四、系统平均负载[进阶]

[root@name ~]# uptime
 04:49:26 up 2 days,  2:33,  2 users,  load average: 0.70, 0.04, 0.05
#我们已经比较熟悉前面几列,它们分别是当前时间、系统运行时间以及正在登录用户数。

# 而最后三个数字呢,依次则是过去 1 分钟、5 分钟、15 分钟的
平均负载(Load Average)。

1.什么是平均负载

平均负载不就是单位时间内的 CPU 使用率吗?上面的 0.70,就代表 CPU 使用率是 70%。其实上并.....
那到底如何理解平均负载: 平均负载是指单位时间内,系统处于可运行状态和不可中断状态的平均进程数,也就是平均活跃进程数, PS: 平均负载与 CPU 使用率并没有直接关系。

2.可运行状态和不可中断状态是什么

1.可运行状态进程,是指正在使用 CPU 或者正在等待 CPU 的进程,也就是我们ps 命令看到处于 R 状态的进程。
2.不可中断进程,(你做什么事情的时候是不能打断的?) 系统中最常见的是等待硬件设备的 I/O 响应,也就是我们 ps 命令中看到的 D 状态(也称为 Disk Sleep)的进程。
例如: 当一个进程向磁盘读写数据时,为了保证数据的一致性,在得到磁盘回复前,它是不能被其他进程或者中断打断的,这个时候的进程就处于不可中断状态。如果此时的进程被打断了,就容易出现磁盘数据与进程数据不一致的问题。所以,不可中断状态实际上是系统对进程和硬件设备的一种保护机制。

划重点,因此你可以简单理解为,平均负载其实就是单位时间内的活跃进程数。

3.那平均负载为多少时合理

最理想的状态是每个 CPU 上都刚好运行着一个进程,这样每个 CPU 都得到了充分利用。所以在评判平均负载时,首先你要知道系统有几个 CPU,这可以通过 top 命令获取,或grep 'model name' /proc/cpuinfo

例1、假设现在在 4、2、1核的CPU上,如果平均负载为 2 时,意味着什么呢?
Q1.在4 个 CPU 的系统上,意味着 CPU 有 50% 的空闲。
Q2.在2 个 CPU 的系统上,意味着所有的 CPU 都刚好被完全占用。
Q3.而1 个 CPU 的系统上,则意味着有一半的进程竞争不到 CPU。

PS: 平均负载有三个数值,我们应该关注哪个呢?
实际上,我们都需要关注。就好比上海4月的天气,如果只看晚上天气,感觉在过冬天呢。但如果你结合了早上、中午、晚上三个时间点的温度来看,基本就可以全方位了解这一天的天气情况了。

1.如果 1 分钟、5 分钟、15 分钟的三个值基本相同,或者相差不大,那就说明系统负载很平稳。
2.但如果 1 分钟的值远小于 15 分钟的值,就说明系统最近 1 分钟的负载在减少,而过去 15 分钟内却有很大的负载。
3.反过来,如果 1 分钟的值远大于 15 分钟的值,就说明最近 1 分钟的负载在增加,这种增加有可能只是临时性的,也有可能还会持续上升,所以就需要持续观察。
PS: 一旦 1 分钟的平均负载接近或超过了 CPU 的个数,就意味着系统正在发生过载的问题,这时就得分析问题,并要想办法优化了

在来看个例子3、假设我们在有2个 CPU 系统上看到平均负载为 2.73,6.90,12.98
那么说明在过去1 分钟内,系统有 136% 的超载 (2.73/2=136%)
而在过去 5 分钟内,有 345% 的超载 (6.90/2=345%)
而在过去15 分钟内,有 649% 的超载,(12.98/2=649%)
但从整体趋势来看,系统的负载是在逐步的降低。

4.那么在实际生产环境中,平均负载多高时,需要我们重点关注呢?

当平均负载高于 CPU 数量 70% 的时候,你就应该分析排查负载高的问题了。一旦负载过高,就可能导致进程响应变慢,进而影响服务的正常功能。
但 70% 这个数字并不是绝对的,最推荐的方法,还是把系统的平均负载监控起来,然后根据更多的历史数据,判断负载的变化趋势。当发现负载有明显升高趋势时,比如说负载翻倍了,你再去做分析和调查。

5.平均负载与 CPU 使用率有什么关系

在实际工作中,我们经常容易把平均负载和 CPU 使用率混淆,所以在这里,我也做一个区分。可能你会疑惑,既然平均负载代表的是活跃进程数,那平均负载高了,不就意味着 CPU 使用率高吗?
我们还是要回到平均负载的含义上来,平均负载是指单位时间内,处于可运行状态和不可中断状态的进程数。所以,它不仅包括了正在使用 CPU 的进程,还包括等待 CPU 和等待 I/O 的进程。

而 CPU 使用率,是单位时间内 CPU 繁忙情况的统计,跟平均负载并不一定完全对应。比如:
CPU 密集型进程,使用大量 CPU 会导致平均负载升高,此时这两者是一致的;
I/O 密集型进程,等待 I/O 也会导致平均负载升高,但 CPU 使用率不一定很高;
大量等待 CPU 的进程调度也会导致平均负载升高,此时的 CPU 使用率也会比较高。

6.平均负载案例分析实战

下面,我们以三个示例分别来看这三种情况,并用 stress、mpstat、pidstat 等工具,找出平均负载升高的根源。
stress 是 Linux 系统压力测试工具,这里我们用作异常进程模拟平均负载升高的场景。
mpstat 是多核 CPU 性能分析工具,用来实时查看每个 CPU 的性能指标,以及所有 CPU 的平均指标。
pidstat 是一个常用的进程性能分析工具,用来实时查看进程的 CPU、内存、I/O 以及上下文切换等性能指标。

7.如果出现无法使用mpstat、pidstat命令查看%wait指标建议更新下软件包

wget http://pagesperso-orange.fr/sebastien.godard/sysstat-11.7.3-1.x86_64.rpm
rpm -Uvh sysstat-11.7.3-1.x86_64.rpm

场景一:CPU 密集型进程
1.首先,我们在第一个终端运行 stress 命令,模拟一个 CPU 使用率 100% 的场景:

[root@name~]# stress --cpu 1 --timeout 600

2.接着,在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况

# 使用watch -d 参数表示高亮显示变化的区域(注意负载会持续升高)
[root@name~]# watch -d uptime
17:27:44 up 2 days,  3:11,  3 users,  load average: 1.10, 0.30, 0.17

3.最后,在第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况

# -P ALL 表示监控所有 CPU,后面数字 5 表示间隔 5 秒后输出一组数据
[root@name~]# mpstat -P ALL 5
Linux 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64 (m01)   2019年04月29日     _x86_64_    (1 CPU)

17时32分03秒  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   %soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
17时32分08秒  all   99.80    0.00    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
17时32分08秒    0   99.80    0.00    0.20    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

#单核CPU所以只有一个all和0

4.从终端二中可以看到,1 分钟的平均负载会慢慢增加到 1.00,而从终端三中还可以看到,正好有一个 CPU 的使用率为 100%,但它的 iowait 只有 0。这说明,平均负载的升高正是由于 CPU 使用率为 100% 。那么,到底是哪个进程导致了 CPU 使用率为 100% 呢?可以使用 pidstat 来查询

# 间隔 5 秒后输出一组数据
[root@name ~]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64 (m01)   2019年04月29日     _x86_64_(1 CPU)

17时33分21秒   UID       PID    %usr %system  %guest    %CPU   CPU  Command
17时33分26秒     0    110019   98.80    0.00    0.00   98.80     0  stress

#从这里可以明显看到,stress 进程的 CPU 使用率为 100%。

场景二:I/O 密集型进程

1.首先还是运行 stress 命令,但这次模拟 I/O 压力,即不停地执行 sync

[root@name ~]# stress  --io 1 --timeout 600s

2.然后在第二个终端运行 uptime 查看平均负载的变化情况:

[root@name ~]# watch -d uptime
18:43:51 up 2 days,  4:27,  3 users,  load average: 1.12, 0.65, 0.00

3.最后第三个终端运行 mpstat 查看 CPU 使用率的变化情况:

# 显示所有 CPU 的指标,并在间隔 5 秒输出一组数据
[root@name ~]# mpstat -P ALL 5
Linux 3.10.0-693.2.2.el7.x86_64 (bgx.com)   2019年05月07日     
_x86_64_    (1 CPU)

14时20分07秒  CPU    %usr   %nice    %sys %iowait    %irq   
%soft  %steal  %guest  %gnice   %idle
14时20分12秒  all    0.20    0.00   82.45   17.35    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
14时20分12秒    0    0.20    0.00   82.45   17.35    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00

#会发现cpu的与内核打交道的sys占用非常高

4.那么到底是哪个进程,导致 iowait 这么高呢?我们还是用 pidstat 来查询

# 间隔 5 秒后输出一组数据,-u 表示 CPU 指标
[root@m01 ~]# pidstat -u 5 1
Linux 3.10.0-957.1.3.el7.x86_64 (m01)   2019年04月29日     
_x86_64_(1 CPU)
18时29分37秒   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    
%CPU   CPU  Command
18时29分42秒     0    127259   32.60    0.20    0.00   67.20   32.80     
0  stress
18时29分42秒     0    127261    4.60   28.20    0.00   67.20   32.80     
0  stress
18时29分42秒     0    127262    4.20   28.60    0.00   67.20   32.80     
0  stress

#可以发现,还是 stress 进程导致的。

场景三:大量进程的场景
当系统中运行进程超出 CPU 运行能力时,就会出现等待 CPU 的进程。

1.首先,我们还是使用 stress,但这次模拟的是 4 个进程

[root@name~]# stress -c 4 --timeout 600

2.由于系统只有 1 个 CPU,明显比 4 个进程要少得多,因而,系统的 CPU 处于严重过载状态

[root@m01 ~]# watch -d uptime
19:11:07 up 2 days,  4:45,  3 users,  load average: 4.65, 2.65, 4.65

3.然后,再运行 pidstat 来看一下进程的情况:

# 间隔 5 秒后输出一组数据
[root@m01 ~]# pidstat -u 5 1
平均时间:   UID       PID    %usr %system  %guest   %wait    
%CPU   CPU  Command
平均时间:     0    130290   24.55    0.00    0.00   75.25   24.55     -  
stress
平均时间:     0    130291   24.95    0.00    0.00   75.25   24.95     -  
stress
平均时间:     0    130292   24.95    0.00    0.00   75.25   24.95     -  
stress
平均时间:     0    130293   24.75    0.00    0.00   74.65   24.75     -  
stress

可以看出,4 个进程在争抢 1 个 CPU,每个进程等待 CPU 的时间(也就是代码块中的 %wait 列)高达 75%。这些超出 CPU 计算能力的进程,最终导致 CPU 过载。

分析完这三个案例,我再来归纳一下平均负载与CPU

平均负载提供了一个快速查看系统整体性能的手段,反映了整体的负载情况。但只看平均负载本身,我们并不能直接发现,到底是哪里出现了瓶颈。所以,在理解平均负载时,也要注意:
平均负载高有可能是 CPU 密集型进程导致的;
平均负载高并不一定代表 CPU 使用率高,还有可能是 I/O 更繁忙了;
当发现负载高的时候,你可以使用 mpstat、pidstat 等工具,辅助分析负载的来源

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