稻草人的文档

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Linux 进程管理详解 ​

概述 ​

Linux 系统中运行着众多进程，这些进程可以分为两大类：内核进程和用户进程。理解这些进程的功能、特点和管理方法，对于系统管理员和开发者来说至关重要。本文档系统将详细介绍 Linux 系统中的各类进程及其管理方法。

文档导航 ​

核心进程文档 ​

  • systemd - 现代初始化系统

    • systemd 架构和组件
    • systemctl 命令详解
    • 服务单元文件配置
    • 实际应用示例和最佳实践

  • 内核线程详解

    • 内核线程的特点和功能
    • 主要内核线程介绍（kthreadd、ksoftirqd、migration 等）
    • 内核线程监控和性能优化
    • 故障排除和调优建议

  • Init 进程详解

    • Init 进程的作用和特点
    • Init 系统的演进（SysV、Upstart、systemd）
    • 系统启动过程和管理
    • 故障排除和性能优化

  • 用户进程管理

    • 用户进程的生命周期
    • 进程管理命令和工具
    • 进程监控和性能分析
    • 进程间通信和调试技术

进程层次结构 ​

进程树概念 ​

在 Linux 系统中，所有进程都形成一个树状结构：

bash
# 查看进程树
pstree -p
# 或者
ps --forest

PID 1 - 初始化进程 ​

传统的 init 系统：

  • PID 1 是系统启动后的第一个用户空间进程
  • 负责启动其他系统服务
  • 管理孤儿进程
  • 处理系统关闭

systemd - 现代初始化系统 ​

systemd 概述 ​

systemd 是现代 Linux 发行版中广泛使用的初始化系统和服务管理器，取代了传统的 SysV init。

主要特点：

  • 并行启动服务，提高启动速度
  • 基于依赖关系的服务管理
  • 统一的日志管理
  • 支持按需启动服务
  • 提供丰富的管理工具

systemd 核心组件 ​

1. systemd (PID 1) ​

bash
# 查看 systemd 状态
systemctl status

# 查看 systemd 版本
systemctl --version

# 查看启动时间
systemd-analyze

主要职责：

  • 系统和服务管理
  • 挂载文件系统
  • 启动和监控服务
  • 处理系统事件

2. systemd-journald ​

bash
# 查看系统日志
journalctl

# 查看特定服务日志
journalctl -u nginx

# 实时查看日志
journalctl -f

# 查看启动日志
journalctl -b

功能：

  • 收集和存储日志
  • 提供结构化日志
  • 支持日志轮转
  • 集中日志管理

3. systemd-logind ​

bash
# 查看登录会话
loginctl list-sessions

# 查看用户状态
loginctl show-user username

# 查看座位信息
loginctl list-seats

功能：

  • 管理用户登录会话
  • 处理电源管理事件
  • 管理设备访问权限
  • 处理用户切换

4. systemd-networkd ​

bash
# 查看网络状态
networkctl status

# 查看网络配置
networkctl list

功能：

  • 网络配置管理
  • DHCP 客户端
  • 静态网络配置
  • 网络设备管理

5. systemd-resolved ​

bash
# 查看 DNS 状态
resolvectl status

# 查询域名
resolvectl query example.com

功能：

  • DNS 解析服务
  • 本地 DNS 缓存
  • mDNS 和 LLMNR 支持

systemd 服务管理 ​

服务单元文件 ​

位置：

  • /etc/systemd/system/ - 系统管理员创建的单元
  • /usr/lib/systemd/system/ - 软件包安装的单元
  • /run/systemd/system/ - 运行时单元

示例服务文件：

ini
[Unit]
Description=My Custom Service
After=network.target
Requires=network.target

[Service]
Type=simple
User=myuser
WorkingDirectory=/opt/myapp
ExecStart=/opt/myapp/start.sh
ExecReload=/bin/kill -HUP $MAINPID
Restart=always
RestartSec=5

[Install]
WantedBy=multi-user.target

常用 systemctl 命令 ​

bash
# 启动服务
systemctl start service_name

# 停止服务
systemctl stop service_name

# 重启服务
systemctl restart service_name

# 重新加载配置
systemctl reload service_name

# 查看服务状态
systemctl status service_name

# 启用服务（开机自启）
systemctl enable service_name

# 禁用服务
systemctl disable service_name

# 查看所有服务
systemctl list-units --type=service

# 查看失败的服务
systemctl --failed

其他重要核心进程 ​

1. kthreadd (PID 2) ​

bash
# 查看内核线程
ps aux | grep "\[.*\]"

功能：

  • 内核线程的父进程
  • 管理所有内核线程
  • 负责创建其他内核线程

2. ksoftirqd ​

bash
# 查看软中断统计
cat /proc/softirqs

# 查看中断统计
cat /proc/interrupts

功能：

  • 处理软中断
  • 每个 CPU 核心一个实例
  • 处理网络、块设备等软中断

3. migration 进程 ​

bash
# 查看 CPU 信息
lscpu

# 查看进程 CPU 亲和性
taskset -p PID

功能：

  • 负载均衡
  • 进程在 CPU 间迁移
  • 每个 CPU 核心一个实例

4. rcu_* 进程 ​

bash
# 查看 RCU 统计信息
cat /proc/rcu/*

功能：

  • Read-Copy-Update 机制
  • 内核同步原语
  • 提高并发性能

5. watchdog 进程 ​

bash
# 查看看门狗状态
cat /proc/sys/kernel/watchdog

# 查看硬件看门狗
ls /dev/watchdog*

功能：

  • 系统监控
  • 检测系统死锁
  • 硬件看门狗管理

进程监控和管理 ​

查看核心进程 ​

bash
# 查看所有进程
ps aux

# 查看进程树
pstree -p

# 查看内核线程
ps -eo pid,ppid,cmd | grep "\[.*\]"

# 查看 systemd 管理的服务
systemctl list-units

# 查看进程资源使用
top -p 1
htop

进程优先级管理 ​

bash
# 查看进程优先级
ps -eo pid,ni,cmd

# 修改进程优先级
renice -n 10 -p PID

# 启动时设置优先级
nice -n 10 command

进程信号管理 ​

bash
# 发送信号给进程
kill -SIGNAL PID

# 常用信号
kill -TERM PID    # 正常终止
kill -KILL PID    # 强制终止
kill -HUP PID     # 重新加载配置
kill -USR1 PID    # 用户定义信号

系统启动过程 ​

启动阶段 ​

  1. BIOS/UEFI

    • 硬件初始化
    • 引导加载器定位

  2. 引导加载器 (GRUB)

    • 加载内核
    • 传递内核参数

  3. 内核初始化

    • 硬件检测
    • 驱动加载
    • 文件系统挂载

  4. systemd 启动

    • 执行 default.target
    • 启动必要服务
    • 用户空间初始化

启动目标 (Targets) ​

bash
# 查看当前目标
systemctl get-default

# 设置默认目标
systemctl set-default multi-user.target

# 切换到不同目标
systemctl isolate rescue.target

# 查看所有目标
systemctl list-units --type=target

常用目标：

  • poweroff.target - 关机
  • rescue.target - 救援模式
  • multi-user.target - 多用户模式
  • graphical.target - 图形界面模式
  • reboot.target - 重启

故障排除 ​

常见问题诊断 ​

1. 服务启动失败 ​

bash
# 查看服务状态
systemctl status service_name

# 查看详细日志
journalctl -u service_name

# 查看最近的错误
journalctl -p err -b

2. 系统启动缓慢 ​

bash
# 分析启动时间
systemd-analyze

# 查看服务启动时间
systemd-analyze blame

# 生成启动图表
systemd-analyze plot > boot.svg

3. 进程异常 ​

bash
# 查看进程状态
ps aux | grep process_name

# 查看进程文件描述符
lsof -p PID

# 查看进程内存映射
cat /proc/PID/maps

# 查看进程系统调用
strace -p PID

系统恢复 ​

救援模式 ​

bash
# 进入救援模式
systemctl rescue

# 进入紧急模式
systemctl emergency

服务重置 ​

bash
# 重新加载 systemd 配置
systemctl daemon-reload

# 重置失败的服务
systemctl reset-failed

# 重启 systemd（谨慎使用）
systemctl daemon-reexec

性能优化 ​

启动优化 ​

bash
# 禁用不必要的服务
systemctl disable service_name

# 延迟启动非关键服务
# 在服务文件中添加：
# [Unit]
# After=graphical-session.target

资源限制 ​

bash
# 设置服务资源限制
# 在服务文件中添加：
# [Service]
# MemoryLimit=512M
# CPUQuota=50%
# TasksMax=100

监控脚本 ​

bash
#!/bin/bash
# 核心进程监控脚本

echo "=== 系统核心进程状态 ==="
echo "systemd 状态:"
systemctl is-active systemd

echo "\n关键服务状态:"
for service in systemd-journald systemd-logind systemd-networkd; do
    echo "$service: $(systemctl is-active $service)"
done

echo "\n内核线程数量:"
ps aux | grep -c "\[.*\]"

echo "\n系统负载:"
uptime

echo "\n内存使用:"
free -h

最佳实践 ​

服务管理 ​

  1. 使用 systemd 服务

    • 避免直接运行后台进程
    • 利用 systemd 的监控和重启功能
    • 正确配置服务依赖关系

  2. 日志管理

    • 定期清理日志文件
    • 配置合适的日志级别
    • 使用结构化日志

  3. 资源控制

    • 为服务设置资源限制
    • 监控系统资源使用
    • 及时处理资源泄漏

安全考虑 ​

  1. 权限控制

    • 使用最小权限原则
    • 避免以 root 运行服务
    • 正确配置文件权限

  2. 服务隔离

    • 使用 systemd 的安全特性
    • 配置服务沙箱
    • 限制服务网络访问

总结 ​

Linux 核心进程是系统稳定运行的基础，其中 systemd 作为现代初始化系统，提供了强大的服务管理功能。理解这些核心进程的作用和管理方法，对于系统管理员来说至关重要。

关键要点：

  1. systemd 是现代 Linux 的核心

    • 统一的服务管理
    • 并行启动提高效率
    • 丰富的管理工具

  2. 内核线程负责底层功能

    • 中断处理
    • 进程调度
    • 系统监控

  3. 正确的监控和管理

    • 定期检查服务状态
    • 分析系统性能
    • 及时处理异常

  4. 持续学习和实践

    • 了解新特性
    • 实践最佳实践
    • 建立监控体系

通过深入理解 Linux 核心进程，可以更好地管理和优化系统，确保系统的稳定性和性能。