系统监控之进程篇
Linux系统下可用于进程监控的常用命令主要有ps，top，htop
- ps 是Process Status（进程状态）的简写，从名字里就能看出这个命令就是为了监控进程而生的。
- top 和htop，从命令名字就可以看出它们的前世今生，top即峰值，表示的是动态打印出系统某一时段的各个指标的峰值，其中就包括系统内的进程。htop 是一个可交互式进程浏览器，就是top的升级版，并不是默认安装。
下面我们对每个命令的常用用法做简要分析。
1. ps
ps 的格式是ps [options]
一般的Linux命令选项参数都有两种格式的区别：长格式和短格式，但是ps由于为了兼容不同语法分割，短格式也分为两种：不带‘-’和带‘-’。可偏偏这两种风格后边接的有可能是同一个字符，并且表现的行为是有时一致，有时不一致。所以说ps选项对于初学者来说是一个大坑！
按照命令长短和是否存在横线可分为以下几种：
| 命令格式 | 风格说明 | 示例 |
|---|---|---|
| ps op | BSD 语法格式 | ps t tty1 |
| ps -op | UNIX语法格式 | ps -t tty1 |
| ps --option | GNU语法格式 | ps --tty tty1 |
注意：不同类型的option是可以混用的，但是混用最好用空格分开，因为UNIX语法和BSD语法连接使用时解析出来的操作参数可能会与你想要的不一致，例如：ps au ==> ps a u ;ps -au ==> ps -a -u
ps命令参数有很多，这里就不再过多赘述，详细可以ps --help all查阅，这里我们只给出应用频率最高的几组命令
常用命令组合
- ps aux
a：显示现行终端机下的所有进程(包括由此终端登陆的所有用户)
x：显示无控制的所有进程
所以ps ax 可以表示所有进程
u：以基于用户的格式打印
ps aux 格式说明如下
| 表头项 | 说明 |
|---|---|
| USER | 进程用户名 |
| PID | 进程ID |
| %CPU | CPU使用率 |
| %MEM | 内存使用率 |
| VSZ | virtual memory size 虚拟内存使用量（KB） |
| RSS | resident set size 实际物理内存使用量（KB） |
| TTY | 该进程属于哪个终端：？表示与终端机无关；tty1-tty6表示本机登陆程序；pts/0 pts/1 ... 表示由网络连接进主机的程序。 |
| STAT | 进程状态，R-running S-sleep T-trace Z-zombie |
| START | 启动时间 |
| TIME | 实际使用CPU时间 |
| COMMAND | 运行该程序的实际命令 |
英文简写速记
VSZ：(V = virtual memory) (SZ = size)
RSS：(R = resident) (S = set)(S = size)
tty：teletypes
pts：pseudo-terminal slave
注意 ps aux 与ps -aux 是不同的！！！
前面我们说到如果选项参数是连续的，那么有无‘-’直接影响到了命令的解析，比如ps aux就会被解析成 ps a u x ,同理ps -aux 可以被解析成ps -a -u x，注意没有-x这个选项，并且-u 后边会接参数代表user，如果系统中存在x这个用户，那么ps -aux 表示的是x用户对应的进程除去控制进程和无终端进程外的所有进程，并以基于用户的格式打印，如果没有此用户，则行为与 ps aux一致
- ps -ef
效果和ps aux 效果一致，只是结果的打印格式略微有区别
-e：表示显示当前全部进程 等同于 -A 所以 ps -ef 也可称为ps -Af
-f ：表示完全格式打印
| 表头项 | 说明 |
|---|---|
| UID | 进程用户名 |
| PID | 进程号 |
| PPID | 父进程号 |
| C | CPU资源占用百分比 |
| STIME | 进程启动时间 |
| TTY | 终端 |
| TIME | CPU实际占用时间 |
| CMD | 运行该程序的实际命令 |
- ps u -u [username]
u：以用户格式进行结果打印
-u：列出该用户的进程状态
2. top
top格式是top [options]
- 常用option主要有以下几个
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| -c | 以全命令方式显示 |
| -p [,pid] | 只显示对应pid的进程的运行信息 |
| -n [,num] | 运行多少此后停止刷新 |
| -d [,num] | 每num秒刷新一次 |
| -S | 开启CPU时间累积模式，开启后会讲已完成或者消失的子进程的CPU时间累加在父进程上，注意是大写 |
2.1 top打印格式详解
- 第一行
| top - 22:28:35 | up 10 days,1:24 | 1 user, | load average: 0.00,0.01,0.05 |
|---|---|---|---|
| 系统当前时间 | 系统已运行时间 | 当前登陆用户 | 系统平均负载 |
特殊字段解释：load average :1分钟平均值，5分钟平均值，15分钟平均值。这个平均值=核心数表示满负载，过低证明此服务器任务不饱和，过高尤其是达到核心数的两倍以上，那就甭睡觉了。根据实际经验值，平均值不大于（核心数*0.7），算是安全状态，为什么平均值是核心数的0.7倍呢？因为这只是平均值，保证系统健壮，就必须预留出安全空间给访问峰值。
- 第二行
| Tasks: 74 total, | 1 running, | 73 sleeping, | 0 stopped, | 0 zombie |
|---|---|---|---|---|
| 进程总数 | 正在运行进程数 | 休眠中的进程数 | 停止的进程数 | 僵尸进程数 |
- 第三行
| %Cpu(s): 0.3 us, | 0.3 sy, | 0.0 ni, | 99.3 id, | 0.0 wa, | 0.0 hi, | 0.0 si, | 0.0 st |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| user用户占用百分比 | system内核占用百分比 | nice用户进程空间内改变过优先级的进程占用百分比 | idle空闲百分比 | IO-wait进程等待占用百分比 | hardwareInterrupts硬件中断百分比 | softwareInterrupts关键中断 | stolenFromVM虚拟CPU的情况 |
注：id （idle）值用到的比较多，其表示系统的闲忙程度
- 第四行
| KiB Mem : 1015564 total, | 80008 free, | 113580 used, | 821976 buff/cache |
|---|---|---|---|
| 物理内存总数 | 空闲物理内存数 | 使用物理内存数 | 作为内核缓存的内存量 |
Mem = used + free + buff/cache
buff/cache是存在与实实在在的物理内存之中，一种缓冲机制，如果给所有应用分配足够内存后，内存依然存在剩余，Linux会尽量利用这些空闲空间，提高整体I/O效率，这部分又被划分成cache(page cache)和buffer(buffer cache)区分利用。
https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/Documentation/filesystems/proc.rst?id=HEAD
此文档中对这两个缓冲的解释
Buffers
Relatively temporary storage for raw disk blocks
shouldn't get tremendously large (20MB or so)
（原始磁盘块的临时存储，不可过大(20MB左右)）
Cached
in-memory cache for files read from the disk (the
pagecache). Doesn't include SwapCached
（内存中高速缓存，用于存储磁盘中读取来的文件。(页面缓存)，不包括SwapCached）
buff是块设备缓冲区，主要是为了提高内存和低速iO设备(如磁盘)之间的数据交换速度而设计。而cache是为了提高CPU与内存之间的数据交换速度而设计的。
我们扩展的想一下为什么要有buffer cache和page cache呢？
page cache(页缓存) ：读文件时，首先会到页缓存中查找，看是否有数据，有，则将数据拷贝到用户空间，交由用户处理，没有，从磁盘中拷贝data页到页缓存中，再拷贝到用户空间。这样提高了第二次以后的读写效率，不会让CPU空太久。
buffer cache(缓冲)：Linux是通过inode对磁盘文件进行管理的，当我们从磁盘中读取文件时，首先我们要将包含目标dentries和inodes页读进来，但是由于这个页不是data页而是Metadata页(元数据页)，所以不会被读到页缓存中，其会被读到buffer cache中缓冲起来，只不过这次我们期待的是下次需要读取文件的inode在这张Metadata页中，如果命中，我们就节约了一次磁盘文件读取过程。
- 第五行
| KiB Swap: 0 total, | 0 free, | 0 used. | 718124 avail Mem |
|---|---|---|---|
| 交换区总量 | 交换区空闲量 | 交换区已使用量(注意此处为句号) | 回收buff/cache部分空间且不发生swap交换后，可以使用的内存 |
由第四行的扩展信息可知，buff/cache是缓冲机制，内存空闲时被占用，如果内存不够时，被占用的部分内存将会被释放以供系统使用，那么多少内存可以被释放呢？这个由系统决定，由于某些正在运行的程序，并非所有的缓存页都可以被回收。
- 第六行
| PID | USER | PR | NI | VIRT | RES | SHR | S | %CPU | %MEM | TIME+ | COMMAND |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 进程ID | 所属用户 | 进程实际优先级(priority也叫动态优先级) | 优先值(nice也叫静态优先级) | 虚拟内存占用量 | 物理内存占用量 | 共享内存占用量 | 进程状态 | CPU使用占比 | 物理内存使用占比 | 累积CPU占用时间 | 命令 |
PR与NI到底有什么区别？
NI：nice值，又名静态优先级，默认继承于父进程，可以以手动设置，可以影响进程优先级，它只是代表着该进程抢占资源的能力，nice值越低的进程越不好说话，所谓会哭的孩子又奶吃，所以nice值越低的进程抢占CPU的能力越强，也就越有可能优先级高。
PR：priority，又名动态优先级，是根据内核调度动态变化的，是实际的优先级
它们之间的联系就是进程初始的PR是根据NI值的设定生成的。
2.2 常用命令
2.1 中我们详细分析了TOP打印出的字段代表着哪些含义，下面我们将详细的看一下常用的命令
- 排序篇
| 命令 | 说明 |
|---|---|
| M | 以驻留内存大小进行排序 |
| P | 以cpu占用百分比排序 |
| T | 以CPU占用时间排序 |
-
设置篇
f ：可以设置进程表表头的选项，按f键后我们将进入设置界面，设置界面如下
| 设置命令 | 说明 |
|---|---|
| -> | 选中光标所在的表头项，然后可以利用上下方向键对表头显示进行设置 |
| d | 删除光标所在的表头项 |
| <space> | 将光标选中的表头项（添加/删除）到表头 |
| s | 按照选定的表头项排序进程表 |
| q或<Esc> | 离开当前设置模式 |
3. htop
htop 实际上就是top命令的升级版，更加直观清晰的打印出当前系统的详细信息，并且增加了很多高效的交互命令，完全可以取代top命令，唯一的缺点就是不是linux系统默认的命令，需要手动安装。例如，CentOS中直接应用命令yum install htop，即可。
当你运行htop，你会发现终端界面像GUI程序一样，简单方便快捷，每一步都有提示。
3.1 快捷键操作
它提供了F1～F10的快捷操作
| 快捷键 | 说明 |
|---|---|
| F1 | help 帮助 |
| F2 | Setup 设置 |
| F3 | Search 搜索进程 |
| F4 | Filter 增量进程过滤器，只作用与命令字符串 |
| F5 | sorted/Tree两种显示方式切换（sorted以排序方式显示，以s树型结构显示） |
| F6 | SortBy/Collap，当F5设置为Sorted时SortBy可以设置以哪个数据对进程进行排序，如果设置为Tree时，可以设置树形某根结点折叠或展开显示 |
| F7 | 减少Nice值以提高进程优先级 |
| F8 | 增加Nice值以降低进程优先级 |
| F9 | 对进程传递信号 |
| F10 | 结束htop |
3.2 特殊快捷键详细解读
3.2.1 F2
按下F2，会发现最左一列是setup的类型，注意最下方是操作提示信息，可以做到无需记忆即可操作。
| setup分类 | 说明 |
|---|---|
| Meters | 表示顶端显示信息的设置 |
| DisPlay Options | 进程表中每一行的显示格式 |
| Colors | 终端颜色设置 |
| Colums | 进程表的表头项 |
-
Meters选项说明
-
DisPlay Options选项说明
下面是进程显示格式说明
| 选项 | 说明 |
|---|---|
| Tree View | 进程关系以树形结构显示 |
| Shadow other users' processes | 将其他成员下辖的进程颜色至为暗色调 |
| Hide kernel threads | 不显示内核线程 |
| Hide userland process threads | 不显示用户程序内部线程 |
| Display threads in a different color | 以不同的颜色显示线程 |
| Show custom thread names | 显示自定义线程名，(程序中可以为自己的线程添加一个别名以助于区分) |
| Show program path | 显示程序全路径 |
| Highlight program "basename" | 高亮程序基名（基名相当于绝对路径中最后一个文件夹或文件的名字） |
| Highlight large numbers in memory counters | 高亮显示内存占用量大的数值 |
| leave a margin around header | 进程表表头与最上方系统数据中间留出空白显示 |
| Detailed CPU time (System/IO-Wait/HardIRQ...) | 最上方系统信息中CPU信息已详细信息格式显示 |
| Count CPUs from 0 instead of 1 | CPU个数统计从0开始 |
| Update process names on every refresh | 每次刷新时更新进程名 |
| Add guest time in CPU meter percentage | CPU百分比统计中加入为来宾操作系统运行一个虚拟CPU所花费的时间 |
-
进程表头项
经常用到的操作提示主要有以下几个
| 光标位置 | 提示 |
|---|---|
| 在ActiveColumes下面对某一项时 | （调整进程表表头显示顺序F7向上F8向下） F9将此项溢出进程表表头 F10保存并返回 |
| AvailableColums下面的某一项时 | F5 将当前选项添加至进程表的表头，F10保存并返回 |
下面我们将对常用的进程表头项进行讲解
| 表头项 | 含义 |
|---|---|
| PID | 进程ID号 |
| USR | 该进程隶属于哪个账户 |
| PRIORITY | 该进程的动态优先级 |
| NICE | 该进程的静态优先级 |
| M_SIZE | 该进程所占用的虚拟内存量 |
| M_RESIDENT | 该进程所占用的物理内存量 |
| M_SHARE | 该进程所占用的共享内存量 |
| STATE | 进程当前状态 |
| PERCENT_CPU | CPU占用百分比 |
| PERCENT_MEM | 该进程当前物理内存占用百分比 |
| TIME | CPU应用累积时间 |
| Command | 进程启动命令 |
| PPID | 父进程号 |
| UTIME | 该进程在用户空间消耗的CPU时间 |
| STIME | 该进程在内核空间消耗的CPU时间 |
3.2.2 F3
此查找功能为全字符匹配，没有正则匹配功能，全局搜索，如果只想匹配进程路径或者进程名中的字符，请使用F4筛选功能
- 点击F3 输入需要搜索的 需要匹配的字符
- 继续查找按F3
- Esc 退出查找模式
3.3 特殊命令
之前所讲的内容都是与设置有关，设置在第一次使用htop后，基本上不会有太大的变动，实际操作中最常用的实际上是以下几个命令
3.3.1 排序篇
| 常用命令 | 说明 |
|---|---|
| P | 以CPU占有率为排序基准 |
| M | 以内存占有率大小为排序基准 |
| T | 以CPU实际使用时间为排序基准 |
| F5+F6 | 在F5为排序模式下，F6可以很直观的选择任何一个表头项进行排序 |
| I | 升序降序切换 |
| t 或F5 | 树形方式和排序方式切换，当进程表以树形方式显示的时候P，M，T，I等列排序命令将会失效 |
3.3.2 调试篇
| 调试命令 | 说明 |
|---|---|
| u | 只显示指定用户的进程 |
| l | 显示光标所在进程的文件列表 |
| s | 显示光标所在进程的系统调用情况，F9可以对trace起停进行控制 |
