Linux运维学习：初级入门（2）——系统进程、文本处理三剑客
四.Linux系统进程
前言
进程管理是操作系统的最重要的功能之一。有效率的进程管理能保证一个程序平稳而高效地运行。
Linux的进程管理与UNIX的进程管理相似。它包括进程调度、中断处理、信号、进程优先级、上下文切换、进程状态、进度内存等。
1.什么是进程？
进程是资源（CPU、内存等）分配的基本单位，它是程序执行时的一个实例。程序运行时系统就会创建一个进程，并为它分配资源，然后把该进程放入进程就绪队列，进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间，程序开始真正运行。
2.进程的生命周期
每一个进程都有其生命周期，例如创建、运行、终止和消除。这些阶段会在系统启动和运行中重复无数次。因此，进程的生命周期对于其性能的分析是非常重要的。
3.线程
线程是一条执行路径，是程序执行时的最小单位，它是进程的一个执行流，是CPU调度和分派的基本单位，一个进程可以由很多个线程组成，线程间共享进程的所有资源，每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行，在多CPU环境下就允许多个线程同时运行。同样多线程也可以实现并发操作，每个请求分配一个线程来处理。
线程是一条可以执行的路径。多线程就是同时有多条执行路径在同时(并行)执行。
4.进程与线程的关系
（1）一个线程只能属于一个进程，而一个进程可以有多个线程，但至少有一个线程。线程是操作系统可识别的最小执行和调度单位。
（2）资源分配给进程，同一进程的所有线程共享该进程的所有资源。 同一进程中的多个线程共享代码段(代码和常量)，数据段(全局变量和静态变量)，扩展段(堆存储)。但是每个线程拥有自己的栈段，栈段又叫运行时段，用来存放所有局部变量和临时变量。
（3）处理机分给线程，即真正在处理机上运行的是线程。
（4）线程在执行过程中，需要协作同步。不同进程的线程间要利用消息通信的办法实现同步。
五.Linux文本处理、正则表达式
三剑客1：grep
grep命令能够在一个或多个文件中，搜索某一特定的字符模式（也就是正则表达式），此模式可以是单一的字符、字符串、单词或句子。
正则表达式是描述一组字符串的一个模式，正则表达式的构成模仿了数学表达式，通过使用操作符将较小的表达式组合成一个新的表达式。正则表达式可以是一些纯文本文字，也可以是用来产生模式的一些特殊字符。
为了进一步定义一个搜索模式，grep 命令支持如表 1 所示的这几种正则表达式的元字符（也就是通配符）。
表1：正则表达式的通配符
| 通配符 | 功能 |
|---|---|
| c* | 将匹配 0 个（即空白）或多个字符 c（c 为任一字符）。 |
| . | 将匹配任何一个字符，且只能是一个字符。 |
| [xyz] | 匹配方括号中的任意一个字符。 |
| [^xyz] | 匹配除方括号中字符外的所有字符。 |
| ^ | 锁定行的开头。 |
| $ | 锁定行的结尾。 |
需要注意的是，在基本正则表达式中，如通配符 *、+、{、|、( 和 )等，已经失去了它们原本的含义，而若要恢复它们原本的含义，则要在之前添加反斜杠 \，如 *、+、{、|、( 和 )。
grep 命令是用来在每一个文件或中（或特定输出上）搜索特定的模式，当使用 grep 时，包含指定字符模式的每一行内容，都会被打印（显示）到屏幕上，但是使用 grep 命令并不改变文件中的内容。
grep 命令的基本格式如下：
[root@localhost ~]# grep [选项] 模式 文件名
这里的模式，要么是字符（串），要么是正则表达式。而此命令常用的选项以及各自的含义如表 2 所示。
表2： grep 命令常用选项及含义
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -c | 仅列出文件中包含模式的行数。 |
| -i | 忽略模式中的字母大小写。 |
| -l | 列出带有匹配行的文件名。 |
| -n | 在每一行的最前面列出行号。 |
| -v | 列出没有匹配模式的行。 |
| -w | 把表达式当做一个完整的单字符来搜寻，忽略那些部分匹配的行。 |
注意，如果是搜索多个文件，grep 命令的搜索结果只显示文件中发现匹配模式的文件名；而如果搜索单个文件，grep 命令的结果将显示每一个包含匹配模式的行。
**【例 1】**假设有一份 emp.data 员工清单，现在要搜索此文件，找出职位为 CLERK 的所有员工，则执行命令如下：
[root@localhost ~]# grep CLERK emp.data
#忽略输出内容
而在此基础上，如果只想知道职位为 CLERK 的员工的人数，可以使用“-c”选项，执行命令如下：
[root@localhost ~]# grep -c CLERK emp.data
#忽略输出内容
**【例 2】**搜索 emp.data 文件，使用正则表达式找出以 78 开头的数据行，执行命令如下：
[root@localhost ~]# grep ^78 emp.data
#忽略输出内容
三剑客2：sed
sed 会根据脚本命令来处理文本文件中的数据，这些命令要么从命令行中输入，要么存储在一个文本文件中，此命令执行数据的顺序如下：
- 每次仅读取一行内容；
- 根据提供的规则命令匹配并修改数据。注意，sed默认不会直接修改源文件数据，而是会将数据复制到
- 缓冲区中，修改也仅限于缓冲区中的数据； 将执行结果输出。
当一行数据匹配完成后，它会继续读取下一行数据，并重复这个过程，直到将文件中所有数据处理完毕。
sed 命令的基本格式如下：
[root@localhost ~]# sed [选项] [脚本命令] 文件名
该命令常用的选项及含义，如表 1 所示。
表1：sed 命令常用选项及含义
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -e 脚本命令 | 该选项会将其后跟的脚本命令添加到已有的命令中。 |
| -f 脚本命令文件 | 该选项会将其后文件中的脚本命令添加到已有的命令中。 |
| -n | 默认情况下，sed 会在所有的脚本指定执行完毕后，会自动输出处理后的内容，而该选项会屏蔽启动输出，需使用 print 命令来完成输出。 |
| -i | 此选项会直接修改源文件，要慎用。 |
sed脚本命令
1.sed s 替换脚本命令
此命令的基本格式为：
[address]s/pattern/replacement/flags
其中，address 表示指定要操作的具体行，pattern 指的是需要替换的内容，replacement 指的是要替换的新内容。
此命令中常用的 flags 标记如表 2 所示。
表2：sed s命令flags标记及功能
| flags 标记 | 功能 |
|---|---|
| n | 1~512 之间的数字，表示指定要替换的字符串出现第几次时才进行替换，例如，一行中有 3 个 A，但用户只想替换第二个 A，这是就用到这个标记； |
| g | 对数据中所有匹配到的内容进行替换，如果没有 g，则只会在第一次匹配成功时做替换操作。例如，一行数据中有 3 个 A，则只会替换第一个 A； |
| p | 会打印与替换命令中指定的模式匹配的行。此标记通常与 -n 选项一起使用。 |
| w file | 将缓冲区中的内容写到指定的 file 文件中； |
| & | 用正则表达式匹配的内容进行替换； |
| \n | 匹配第 n 个子串，该子串之前在 pattern 中用 () 指定。 |
| |转义（转义替换部分包含：&、\ 等）。 |
比如，可以指定 sed 用新文本替换第几处模式匹配的地方：
[root@localhost ~]# sed 's/test/trial/2' data4.txt
This is a test of the trial script.
This is the second test of the trial script.
可以看到，使用数字 2 作为标记的结果就是，sed 编辑器只替换每行中第 2 次出现的匹配模式。
如果要用新文件替换所有匹配的字符串，可以使用 g 标记：
[root@localhost ~]# sed 's/test/trial/g' data4.txt
This is a trial of the trial script.
This is the second trial of the trial script.
我们知道，-n 选项会禁止 sed 输出，但 p 标记会输出修改过的行，将二者匹配使用的效果就是只输出被替换命令修改过的行，例如：
[root@localhost ~]# cat data5.txt
This is a test line.
This is a different line.
[root@localhost ~]# sed -n 's/test/trial/p' data5.txt
This is a trial line.
w 标记会将匹配后的结果保存到指定文件中，比如：
[root@localhost ~]# sed 's/test/trial/w test.txt' data5.txt
This is a trial line.
This is a different line.
[root@localhost ~]#cat test.txt
This is a trial line.
在使用 s 脚本命令时，替换类似文件路径的字符串会比较麻烦，需要将路径中的正斜线进行转义，例如：
[root@localhost ~]# sed 's/\/bin\/bash/\/bin\/csh/' /etc/passwd
2.sed d 替换脚本命令
此命令的基本格式为：
[address]d
如果需要删除文本中的特定行，可以用 d 脚本命令，它会删除指定行中的所有内容。但使用该命令时要特别小心，如果你忘记指定具体行的话，文件中的所有内容都会被删除，举个例子：
[root@localhost ~]# cat data1.txt
The quick brown fox jumps over the lazy dog
The quick brown fox jumps over the lazy dog
The quick brown fox jumps over the lazy dog
The quick brown fox jumps over the lazy dog
[root@localhost ~]# sed 'd' data1.txt
#什么也不输出，证明成了空文件
当和指定地址一起使用时，删除命令显然能发挥出大的功用。可以从数据流中删除特定的文本行。
3.sed a 和 i 脚本命令
a 命令表示在指定行的后面附加一行，i 命令表示在指定行的前面插入一行，这里之所以要同时介绍这 2 个脚本命令，因为它们的基本格式完全相同，如下所示：
[address]a（或 i）\新文本内容
下面分别就这 2 个命令，给读者举几个例子。比如说，将一个新行插入到数据流第三行前，执行命令如下：
[root@localhost ~]# sed '3i\
> This is an inserted line.' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is an inserted line.
This is line number 3.
This is line number 4.
再比如说，将一个新行附加到数据流中第三行后，执行命令如下：
[root@localhost ~]# sed '3a\
> This is an appended line.' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is line number 3.
This is an appended line.
This is line number 4.
如果你想将一个多行数据添加到数据流中，只需对要插入或附加的文本中的每一行末尾（除最后一行）添加反斜线即可，例如：
[root@localhost ~]# sed '1i\
This is one line of new text.
This is another line of new text.’ data6.txt
This is one line of new text.
This is another line of new text.
This is line number 1.
This is line number 2.
This is line number 3.
This is line number 4.
可以看到，指定的两行都会被添加到数据流中。
sed c 替换脚本命令
c 命令表示将指定行中的所有内容，替换成该选项后面的字符串。该命令的基本格式为：
[address]c\用于替换的新文本
举个例子：
[root@localhost ~]# sed '3c\
> This is a changed line of text.' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is a changed line of text.
This is line number 4.
在这个例子中，sed 编辑器会修改第三行中的文本，其实，下面的写法也可以实现此目的：
[root@localhost ~]# sed '/number 3/c\
> This is a changed line of text.' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is a changed line of text.
This is line number 4.
4.sed y 转换脚本命令
y 转换命令是唯一可以处理单个字符的 sed 脚本命令，其基本格式如下：
[address]y/inchars/outchars/
转换命令会对 inchars 和 outchars 值进行一对一的映射，即 inchars 中的第一个字符会被转换为 outchars 中的第一个字符，第二个字符会被转换成 outchars 中的第二个字符…这个映射过程会一直持续到处理完指定字符。如果 inchars 和 outchars 的长度不同，则 sed 会产生一条错误消息。
举个简单例子：
[root@localhost ~]# sed 'y/123/789/' data8.txt
This is line number 7.
This is line number 8.
This is line number 9.
This is line number 4.
This is line number 7 again.
This is yet another line.
This is the last line in the file.
可以看到，inchars 模式中指定字符的每个实例都会被替换成 outchars 模式中相同位置的那个字符。
转换命令是一个全局命令，也就是说，它会文本行中找到的所有指定字符自动进行转换，而不会考虑它们出现的位置，再打个比方：
[root@localhost ~]# echo "This 1 is a test of 1 try." | sed 'y/123/456/'
This 4 is a test of 4 try.
sed 转换了在文本行中匹配到的字符 1 的两个实例，我们无法限定只转换在特定地方出现的字符。
5.sed p 打印脚本命令
p 命令表示搜索符号条件的行，并输出该行的内容，此命令的基本格式为：
[address]p
p 命令常见的用法是打印包含匹配文本模式的行，例如：
[root@localhost ~]# cat data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is line number 3.
This is line number 4.
[root@localhost ~]# sed -n '/number 3/p' data6.txt
This is line number 3.
可以看到，用 -n 选项和 p 命令配合使用，我们可以禁止输出其他行，只打印包含匹配文本模式的行。
如果需要在修改之前查看行，也可以使用打印命令，比如与替换或修改命令一起使用。可以创建一个脚本在修改行之前显示该行，如下所示：
[root@localhost ~]# sed -n '/3/{ ps/line/test/p }' data6.txt This is line number 3. This is test number 3.
sed 命令会查找包含数字 3 的行，然后执行两条命令。首先，脚本用 p 命令来打印出原始行；然后它用 s 命令替换文本，并用 p 标记打印出替换结果。输出同时显示了原来的行文本和新的行文本。
6.sed w 脚本命令
w 命令用来将文本中指定行的内容写入文件中，此命令的基本格式如下：
[address]w filename
这里的 filename 表示文件名，可以使用相对路径或绝对路径，但不管是哪种，运行 sed 命令的用户都必须有文件的写权限。
下面的例子是将数据流中的前两行打印到一个文本文件中：
[root@localhost ~]# sed '1,2w test.txt' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is line number 3.
This is line number 4.
[root@localhost ~]# cat test.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
当然，如果不想让行直接输出，可以用 -n 选项，再举个例子：
[root@localhost ~]# cat data11.txt
Blum, R Browncoat
McGuiness, A Alliance
Bresnahan, C Browncoat
Harken, C Alliance
[root@localhost ~]# sed -n '/Browncoat/w Browncoats.txt' data11.txt
cat Browncoats.txt
Blum, R Browncoat
Bresnahan, C Browncoat
可以看到，通过使用 w 脚本命令，sed 可以实现将包含文本模式的数据行写入目标文件。
7.sed r 脚本命令
r 命令用于将一个独立文件的数据插入到当前数据流的指定位置，该命令的基本格式为：
[address]r filename
sed 命令会将 filename 文件中的内容插入到 address 指定行的后面，比如说：
[root@localhost ~]# cat data12.txt
This is an added line.
This is the second added line.
[root@localhost ~]# sed '3r data12.txt' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is line number 3.
This is an added line.
This is the second added line.
This is line number 4.
如果你想将指定文件中的数据插入到数据流的末尾，可以使用 $ 地址符，例如：
[root@localhost ~]# sed '$r data12.txt' data6.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
This is line number 3.
This is line number 4.
This is an added line.
This is the second added line.
8.sed q 退出脚本命令
q 命令的作用是使 sed 命令在第一次匹配任务结束后，退出 sed 程序，不再进行对后续数据的处理。
比如：
[root@localhost ~]# sed '2q' test.txt
This is line number 1.
This is line number 2.
可以看到，sed 命令在打印输出第 2 行之后，就停止了，是 q 命令造成的，再比如：
[root@localhost ~]# sed '/number 1/{ s/number 1/number 0/;q; }' test.txt
This is line number 0.
使用 q 命令之后，sed 命令会在匹配到 number 1 时，将其替换成 number 0，然后直接退出。
三剑客3：awk
和 sed 命令类似，awk 命令也是逐行扫描文件（从第 1 行到最后一行），寻找含有目标文本的行，如果匹配成功，则会在该行上执行用户想要的操作；反之，则不对行做任何处理。
awk 命令的基本格式为：
[root@localhost ~]# awk [选项] '脚本命令' 文件名
此命令常用的选项以及各自的含义，如表 1 所示。
表 1 awk 命令选项以及含义
| 选项 | 含义 |
|---|---|
| -F fs | 指定以 fs 作为输入行的分隔符，awk 命令默认分隔符为空格或制表符。 |
| -f file | 从脚本文件中读取 awk 脚本指令，以取代直接在命令行中输入指令。 |
| -v var=val | 在执行处理过程之前，设置一个变量 var，并给其设备初始值为 val。 |
awk 的强大之处在于脚本命令，它由 2 部分组成，分别为匹配规则和执行命令，如下所示：
'匹配规则{执行命令}'
这里的匹配规则，和 sed 命令中的 address 部分作用相同，用来指定脚本命令可以作用到文本内容中的具体行，可以使用字符串（比如 /demo/，表示查看含有 demo 字符串的行）或者正则表达式指定。另外需要注意的是，整个脚本命令是用单引号（’’）括起，而其中的执行命令部分需要用大括号（{}）括起来。
在 awk 程序执行时，如果没有指定执行命令，则默认会把匹配的行输出；如果不指定匹配规则，则默认匹配文本中所有的行。
举个简单的例子：
[root@localhost ~]# awk '/^$/ {print "Blank line"}' test.txt
在此命令中，/^$/ 是一个正则表达式，功能是匹配文本中的空白行，同时可以看到，执行命令使用的是 print 命令，此命令经常会使用，它的作用很简单，就是将指定的文本进行输出。因此，整个命令的功能是，如果 test.txt 有 N 个空白行，那么执行此命令会输出 N 个 Blank line。
awk 使用数据字段变量
awk 的主要特性之一是其处理文本文件中数据的能力，它会自动给一行中的每个数据元素分配一个变量。
默认情况下，awk 会将如下变量分配给它在文本行中发现的数据字段：
$0 代表整个文本行；
$1 代表文本行中的第 1 个数据字段；
$2 代表文本行中的第 2 个数据字段；
$n 代表文本行中的第 n个数据字段。
前面说过，在 awk 中，默认的字段分隔符是任意的空白字符（例如空格或制表符）。 在文本行中，每个数据字段都是通过字段分隔符划分的。awk 在读取一行文本时，会用预定义的字段分隔符划分每个数据字段。
所以在下面的例子中，awk 程序读取文本文件，只显示第 1 个数据字段的值：
[root@localhost ~]# cat data2.txt
One line of test text.
Two lines of test text.
Three lines of test text.
[root@localhost ~]# awk '{print $1}' data2.txt
One
Two
Three
该程序用 $1 字段变量来表示“仅显示每行文本的第 1 个数据字段”。当然，如果你要读取采用了其他字段分隔符的文件，可以用 -F 选项手动指定。
awk 脚本命令使用多个命令
awk 允许将多条命令组合成一个正常的程序。要在命令行上的程序脚本中使用多条命令，只要在命令之间放个分号即可，例如：
[root@localhost ~]# echo "My name is Rich" | awk '{$4="Christine"; print $0}'
My name is Christine
第一条命令会给字段变量 $4 赋值。第二条命令会打印整个数据字段。可以看到，awk 程序在输出中已经将原文本中的第四个数据字段替换成了新值。
除此之外，也可以一次一行地输入程序脚本命令，比如说：
[root@localhost ~]# awk '{
> $4="Christine"
> print $0}'
My name is Rich
My name is Christine
在你用了表示起始的单引号后，bash shell 会使用 > 来提示输入更多数据，我们可以每次在每行加一条命令，直到输入了结尾的单引号。
注意，此例中因为没有在命令行中指定文件名，awk 程序需要用户输入获得数据，因此当运行这个程序的时候，它会一直等着用户输入文本，此时如果要退出程序，只需按下 Ctrl+D 组合键即可。
awk从文件中读取程序
跟 sed 一样，awk 允许将脚本命令存储到文件中，然后再在命令行中引用，比如：
[root@localhost ~]# cat awk.sh
{print $1 "'s home directory is " $6}
[root@localhost ~]# awk -F: -f awk.sh /etc/passwd
root's home directory is /root
bin's home directory is /bin
daemon's home directory is /sbin
adm's home directory is /var/adm
lp's home directory is /var/spool/lpd
...
Christine's home directory is /home/Christine
Samantha's home directory is /home/Samantha
Timothy's home directory is /home/Timothy
awk.sh 脚本文件会使用 print 命令打印 /etc/passwd 文件的主目录数据字段（字段变量 $6），以及 userid 数据字段（字段变量 $1）。注意，在程序文件中，也可以指定多条命令，只要一条命令放一行即可，之间不需要用分号。
awk BEGIN关键字
awk 中还可以指定脚本命令的运行时机。默认情况下，awk 会从输入中读取一行文本，然后针对该行的数据执行程序脚本，但有时可能需要在处理数据前运行一些脚本命令，这就需要使用 BEGIN 关键字。
BEGIN 会强制 awk 在读取数据前执行该关键字后指定的脚本命令，例如：
[root@localhost ~]# cat data3.txt
Line 1
Line 2
Line 3
[root@localhost ~]# awk 'BEGIN {print "The data3 File Contents:"} > {print $0}' data3.txt
The data3 File Contents:
Line 1
Line 2
Line 3
可以看到，这里的脚本命令中分为 2 部分，BEGIN 部分的脚本指令会在 awk 命令处理数据前运行，而真正用来处理数据的是第二段脚本命令。
awk END关键字
和 BEGIN 关键字相对应，END 关键字允许我们指定一些脚本命令，awk 会在读完数据后执行它们，例如：
[root@localhost ~]# awk 'BEGIN {print "The data3 File Contents:"}
> {print $0}
> END {print "End of File"}' data3.txt
The data3 File Contents:
Line 1
Line 2
Line 3
End of File
可以看到，当 awk 程序打印完文件内容后，才会执行 END 中的脚本命令。