Linux 基礎 2:行程 (Process) 管理¶
目標:徹底理解「行程」。這是理解容器最關鍵的一塊 —— 因為容器本質上就是「一個或一群被特殊隔離的行程」。
1. 什麼是行程 (Process)?¶
程式 (Program) 是躺在磁碟上的一個檔案(例如 /usr/bin/nginx)。
行程 (Process) 是這個程式被載入記憶體、正在執行的一個實例。
比喻:食譜是「程式」,你照著食譜實際在廚房做菜的這次行動是「行程」。同一份食譜可以同時有很多人各自在做(同一個程式可以有很多行程)。
每個行程都有:
| 屬性 | 說明 |
|---|---|
| PID (Process ID) | 行程的唯一編號 |
| PPID (Parent PID) | 父行程的 PID(行程是由其他行程「生」出來的) |
| UID/GID | 以哪個使用者/群組身分執行(決定權限) |
| 狀態 | 執行中 (R)、睡眠 (S)、停止 (T)、殭屍 (Z) 等 |
| 環境變數、開啟的檔案、記憶體空間… | 各自獨立 |
2. 行程樹:一切始於 PID 1¶
Linux 開機後,核心啟動的第一個行程 PID 1(現代系統通常是 systemd)。之後所有行程都是它的子孫,形成一棵樹。
graph TD
init["PID 1<br/>systemd (init)"] --> sshd[sshd]
init --> cron[cron]
sshd --> bash["bash (你的 shell)"]
bash --> vim[vim]
bash --> ps[ps aux]🔑 這個 PID 1 觀念對容器超級重要! 在一個容器裡,你的主程式(例如 nginx)會變成那個容器內的 PID 1。容器內看到的行程,跟主機看到的是「不同的視角」—— 這正是命名空間 (Namespace) 的魔法(第 4 章詳述)。
3. 查看行程:ps、top、htop¶
ps:某一瞬間的快照¶
ps aux # 最常用:列出所有使用者的所有行程
ps aux | grep nginx # 找特定行程
ps -ef # 另一種常見格式(顯示 PPID)
ps -ef --forest # 用樹狀顯示父子關係
ps aux 的欄位解讀:
| 欄位 | 意義 |
|---|---|
| USER | 哪個使用者跑的 |
| PID | 行程編號 |
| %CPU / %MEM | CPU 與記憶體使用率 |
| VSZ / RSS | 虛擬 / 實際記憶體用量 |
| STAT | 狀態(R 執行、S 睡眠、Z 殭屍…) |
| START | 啟動時間 |
| COMMAND | 執行的指令 |
top / htop:即時動態監控¶
ps 是「某一瞬間的快照」,top / htop 則是每隔幾秒自動刷新的即時監控,用來看「這台機器現在忙不忙、誰在吃資源」。
看懂 htop 上半部的「儀表板」¶
htop 最上面那塊不是行程列表,而是整台機器的健康概況。最該先看懂的有三個:
① Load average:1.20 0.95 0.80(三個數字)
系統在 過去 1 / 5 / 15 分鐘 的平均「負載」——也就是同一時間有多少行程「正在用 CPU,或正在排隊等 CPU / 等磁碟 I/O」(Linux 把 R 執行中與 D 不可中斷的行程都算進去)。
- 三個數字由近到遠,用來看趨勢:
5.0 2.0 1.0(遞減)是剛爆量、正在回落;1.0 2.0 5.0(遞增)是負載持續上升、要注意。 - 關鍵:要對照 CPU 核心數判讀(用
nproc查核心數),而不是看絕對值:
| 機器 | load average | 解讀 |
|---|---|---|
| 4 核 | 4.0 |
剛好滿載(每核都有一個在跑) |
| 4 核 | 8.0 |
過載,約一半行程在排隊等 CPU |
| 4 核 | 1.0 |
很輕鬆(約用 25%) |
口訣:load average ÷ 核心數 ≈ 1 就是滿載分界線。
② Tasks:32, 32 thr; 1 running
32= 目前系統的行程 (process) 數量。32 thr= 總執行緒 (thread) 數——一個行程可開多條執行緒,所以這個數字通常 ≥ 行程數。1 running= 此刻真正處於 R(執行中 / 可執行) 狀態的有幾個。其餘幾十個大多在 S(睡眠),在等事件(等網路、等鍵盤、等計時器),並不佔 CPU。
所以「有幾十個 task」不代表機器很忙——重點是
running有幾個,以及 load average。
③ Uptime
機器從開機到現在已連續運行多久(例如 up 5 days, 3:42)。排查問題時,若 uptime 很短,代表這台機器最近可能當機重開過。
此外上半部還有 每核一條的 CPU 使用率條(綠=使用者程式、紅=核心)、以及 Mem / Swp 記憶體條(Swap 一直在漲通常是壞訊號,代表實體記憶體不夠了)。
💡 看一台機器「忙不忙」,先看 load average 與 CPU/記憶體使用率。之後排查 K8s 節點問題(節點
NotReady、Pod 被驅逐)時,SSH 進去先看這幾個數字,就是同一套思路。
4. 前景、背景與作業控制¶
sleep 100 # 前景執行,佔住終端機
sleep 100 & # 加 & 丟到背景執行
jobs # 看目前 shell 的背景作業
fg %1 # 把背景作業 1 拉回前景
bg %1 # 讓停住的作業在背景繼續
# Ctrl + Z # 把前景行程「暫停」並丟到背景
# Ctrl + C # 送出中斷訊號,通常會終止前景行程
nohup 與 & 讓行程在你登出後繼續跑:
5. 訊號 (Signal):與行程溝通的方式¶
訊號是核心或其他行程「通知」某個行程的機制。你按 Ctrl+C 其實就是送了一個訊號。
| 訊號 | 編號 | 意義 | 能否被忽略/攔截 |
|---|---|---|---|
SIGTERM |
15 | 禮貌地請你結束(預設) | 可以,程式可做收尾(優雅關閉) |
SIGKILL |
9 | 強制立刻砍掉 | ❌ 不能被攔截,核心直接終結 |
SIGINT |
2 | 中斷(你按 Ctrl+C) | 可以 |
SIGHUP |
1 | 終端機關閉 / 請重載設定 | 可以 |
SIGSTOP |
19 | 強制暫停,只能用 kill -STOP 送 |
❌ 不能被攔截 |
SIGTSTP |
20 | 暫停(你按 Ctrl+Z 送出的其實是這個,不是 SIGSTOP) | 可以,程式能攔截/忽略(例如某些程式讓 Ctrl+Z 失效) |
kill 1234 # 預設送 SIGTERM(15),請 PID 1234 優雅結束
kill -9 1234 # 送 SIGKILL,強制砍掉(最後手段)
kill -SIGTERM 1234 # 明確指定訊號
killall nginx # 依名稱砍掉所有 nginx 行程
pkill -f "my-script" # 依指令內容比對來砍
🔑 這跟 K8s 關係很大! 當 K8s 要關閉一個 Pod 時,它會先送 SIGTERM 給容器(給它時間優雅關閉,例如把連線處理完、存檔),等待一段寬限期 (
terminationGracePeriodSeconds,預設 30 秒)後,若還沒結束才送 SIGKILL 強制終止。理解 SIGTERM/SIGKILL,你就懂了 Pod 的「優雅關閉 (Graceful Shutdown)」。
6. /proc:行程的真實面貌¶
每個行程在 /proc/<PID>/ 下都有一個「資料夾」,裡面是核心即時生成的行程資訊。
ls /proc/1/ # PID 1 的所有資訊
cat /proc/1/status # 狀態、記憶體、UID...
cat /proc/1/cmdline # 啟動指令
ls -l /proc/1/fd/ # 它開啟的所有檔案描述符
ls -l /proc/1/ns/ # ⭐ 它所屬的命名空間!(第 4 章關鍵)
cat /proc/1/cgroup # ⭐ 它所屬的 cgroup!(資源限制)
🔑 先記住這兩行:
/proc/<PID>/ns/和/proc/<PID>/cgroup。 容器的隔離 (namespace) 與限制 (cgroup),全都能在這裡「看到證據」。第 4 章我們會用它親手驗證「容器就是行程」。
7. 資源觀察¶
free -h # 記憶體使用情況(人類易讀)
df -h # 磁碟空間使用情況
du -sh ./* # 目前目錄下各項目佔多少空間
uptime # 系統運行多久 + 負載平均
vmstat 1 # 每秒刷新的系統資源統計
動手練習¶
- 看行程樹:執行
pstree -p,找出 PID 1 是誰。再開一個新的 shell,用ps -ef --forest觀察你的 bash 與其子行程的父子關係。 - 背景作業:執行
sleep 300 &,用jobs和ps aux | grep sleep觀察它。再用kill把它結束掉。 - 體驗訊號差異:
- 探索 /proc:挑一個正在跑的行程(例如你的 shell,
echo $$可看自己的 PID),cat /proc/$$/status、ls -l /proc/$$/ns/,看看它屬於哪些命名空間(先有印象,第 4 章會深入)。 - 監控:開
htop(或top),找出最吃 CPU 和記憶體的行程。
本節檢核點¶
- [ ] 能用自己的話分辨「程式」與「行程」。
- [ ] 理解 PID / PPID 與行程樹,知道 PID 1 是 init(systemd)。
- [ ] 理解「容器內的主程式是該容器的 PID 1」這個伏筆。
- [ ] 會用
ps aux、top/htop查看與監控行程。 - [ ] 理解前景/背景、
&、Ctrl+C、Ctrl+Z、jobs、fg/bg。 - [ ] 能清楚說明 SIGTERM vs SIGKILL 的差別,並連結到 K8s 的優雅關閉。
- [ ] 知道
/proc/<PID>/ns/與/proc/<PID>/cgroup的存在與意義。
➡️ 下一節:使用者與權限