Linux 之 进程管理 -- 系统资源的观察

学习 系统资源观察 的原因：

我们在使用linux操作系统的计算机来帮助我们完成一些工作任务时，或多或少会碰到一些计算机反应迟钝、甚至死机的情况。其中多数是由于内存不足等等，一系列系统资源问题引起。因此了解一些观察系统资源的linux指令，学会寻找当机原因，从而有的放矢得寻找解决问题的方法是有必要的～因此写这篇文章也是有必要的～

还记得在Linux 之 进程管理 -- 进程观察里学到的top吗？里面有非常详细的关于top的解释。相比较文章中一起学习的ps，猫毛更喜欢用top，因为它不仅能用来动态得观察进程，还可以观察系统资源。今天就从 1.系统资源观察指令 和 2.特殊文件 /proc/* 两个方面展开系统资源的观察。

1.系统资源观察指令

1.1观察内存使用情况 free

工作模式： free [-b|-k|-m|-g|-h] [-t] [-s N -c N]
选项与参数：

• -b 直接输入free时，显示的单位是Kbytes，我们可以使用b(bytes)，m(Mbytes)，k(Kbytes)，g(Gbytes)来显示单位。也可以直接让系统自己指定单位（-h）
• -t 在输出的最终结果，显示物理内存与swap的总量
• -s 可以让系统每几秒钟输出一次，不间断一直输出
• -c 与-s同时处理，让free列出几次的意思
  free显示系统的内存容量
  这里解释一下我们看到的内容：
  因为使用的命令是free -m(Mbytes来显示)，所以我的系统当中有2848MB左右的物理内存，swap有1GB左右。
• 横向来看
  Mem行：显示物理内存的量
  Swap行：显示内存置换空间的量
• 纵向来看
  total 是总量
  used 是已被使用的量
  free 是剩余可用的量
  后面的 shared/buffers/cached则是在已被使用的量当中，用来作为缓冲及快取的量，而这些用量中，在系统比较忙碌时可以被释放出来继续利用，因此后面有avaliable

1.2 查阅系统与核心相关信息uname

工作模式：uname [-asrmpi]
选项与参数：

• -a 所有系统相关的信息，包括底下的数据都会被列出来
• -s 系统核心名称
• -r 核心的版本
• -m 本系统的硬件名称，例如i686或x86_64等
• -p CPU的类型，与-m类似，只是显示CPU的类型
• -i 硬件的平台（ix86）
  uname查阅系统与核心相关信息

1.3 观察系统启动时间与工作负载 uptime

鸡肋～uptime这个指令很单纯，就是显示出，目前系统已经开机多久的时间，以及1，5，15分钟的平均负载，就是top画面的最上面一行

uptime观察系统启动时间与工作负载

1.4 追踪网络或插槽文件 netstat

netstat的输出分为两大部分：

• 上半部：与网络较相关的部分
• 下半部分：与系统自己的进程相关性（非网络）
  工作模式：netstat -[atunlp]
  选项与参数：
• -a 将目前系统上所有的联机、监听、Socket数据都列出来
• -t 列出tcp网络封包的数据
• -u 列出udp网络封包的数据
• -n 不以进程的服务名称，以埠号（port number）来显示
• -l 列出目前正在网络监听（listen）的服务
• -p列出该网络服务的进程PID

netstat列出目前系统已经建立的网络联机与unix socket状态

1.4.1 网络联机情况部分

解释一下每一列的意义：

• Proto：网络的封包协议，主要分为TCP与UDP封包
• Recv-Q：非由用户程序链接到此socket的复制的总bytes数
• Send-Q：非由远程主机传送过来的acknowledged总bytes数
• Local Address：本地端的IP:port情况
• Foreign Address：远程主机的IP:prot情况
• State：联机状态，主要由建立(ESTABLISED)及监听（LISTEN）

上面这张图里仅有一条联机的数据，他的意义是：透过TCP封包的联机，远程的172.16.220.234:48300联机到本地端的172.16.15.100:ssh，这条联机状态是建立(ESTABLISHED)的状态！

1.4.2 系统自己进程相关部分

除了网络上的联机之外，其实Linux系统上面的进程是可以接受不同进程发来的信息，那就是Linux上头的插槽档(socket file)。
socket file可以沟通两个进程之间的信息，因此进程可以取得对方传送过来的资料。由于有socket file，因此类似X Window这种需要透过网络连接的软件，目前新版的distributions就以socket来进行窗口接口的联机沟通了。

解释一下socket file的输出字段意义：

• Proto：一般就是unix
• RefCnt：连接到此socket 的进程数量
• Flags：联机的旗标
• Type：socket 存取的类型。主要有确认联机的STREAM与DGRAM两种
• State：若为CONNECTED表示多个进程之间已经联机建立
• Path：连接到此socket的相关程序的路径，或者是相关数据输出的路径

利用netstat去看看我们的哪些进程有启动哪些网络的后门呢？

netstat 查找目前系统上已在监听的网络联机及其PID

1.5 查看核心产生的讯息 dmesg

系统在开机的时候，核心会去侦测系统的硬件，所有核心侦测的讯息，不管是开机的时候还是系统运作过程中，反正只要是核心产生的讯息，都会被记录到内存中的某个保护区段。
如果我想要查看“核心的侦测”过程中产生的信息？便可以使用dmesg命令，它就相当于一个“查看”指令，会将保护区段的信息读出来（为了查看方便，最好通过管线符号加上more 或者 less查看）

dmesg查看核心产生的讯息

1.6侦测系统资源变化 vmstat

vmstat可以侦测 [CPU/内存/磁盘输入输出状态]等等，可以帮你系统中哪个环节是最累人的。

服务器忙碌时使用vmstat查看

vmstat的常见选项与参数说明：

• -a 使用 inactive/active（活跃与否）取代 buffer/cache 的内存输出信息；
• -f 开机到目前为止，系统复制（fork）的进程数
• -s 将一些事件（开机至目前为止）导致的内存变化情况列表说明
• -S 后面可以接单位，让显示的数据有单位。例如K/M取代bytes的容量
• -d 列出磁盘的读写总量统计表
• -p 后面列出分区槽，可显示该分区槽的读写总量统计表
  如果你想要实时得知道系统资源的运作状态，这个指令就不能不知道
• 进程字段（procs）的项目分别为
  r：等待运作中的进程数量
  b：不可被唤醒的进程数量
  注意：这两个项目越多，代表系统越忙碌（因为系统太忙，所以很多进程就无法被执行或一直在等待而无法被唤醒）
• 内存字段（memory）项目分别为（和free相同）
  swpd：虚拟内存被使用的容量
  free：未被使用的内存容量
  buff：用于缓冲存储器
  cache：用于高速缓存
• 内存置换空间（swap）的项目分别为
  si：由磁盘中将进程取出的量
  so：由于内存不足而将没用到的进程写入磁盘的swap的容量
  注意：如果si/so的数值太大，表示内存内的数据常常得在磁盘与主存储器之间来回传来传去，系统效能会很差。
• 磁盘读写（io）的项目分别为
  bi：由磁盘读入的区块数量
  bo：写入到磁盘去的区块数量
  注意：这部分的值越高，代表系统的I/O非常忙碌
• 系统（system）的项目分别为
  in：每秒被中断的进程次数
  cs：每秒钟进行的事件切换次数
  注意：这两个数值越大，代表系统与接口设备的沟通非常频繁（这些接口设备当然包括磁盘、网络卡、时间钟等）
• CPU 的项目分别为
  us：非核心层的CPU使用状态
  sy：核心层所使用的CPU状态
  id：闲置的状态
  wa：等待I/O所耗费的CPU状态
  st：被虚拟机（virtual machine）所盗用的CPU使用状态
  磁盘部分的观察 vmstat -d
  vmstat -d 观察系统磁盘

2. 学习特殊文件/proc/*

之前，我们通过对“进程”的学习了解到：所谓的进程，都是在内存当中运行的。实际上，内存当中的数据又都是写入/proc/*这个目录下的。因此，我们可以通过直接观察proc这个目录当中的文件，了解进程和系统资源。

下面了解一些特殊文件吧，看他们能够提供给我们哪些有用的信息。

2.1 了解/proc目录下的文件

建议在自己的lunix操作系统中，下达ll /proc这个指令查看/proc
👇下面是截鸟哥的图来看/proc目录的样子～

/proc目录的样子～
其中，鸟哥省略了很多PID的目录，因为目前主机上面的各个进程的PID都是以目录的型态存在于/proc当中。当你在自己的linux系统上查看/proc时，看到更多的应该是以PID号码命名的目录，每个PID目录中都有好多与该进程相关的工作文档

举例：我们开机所执行的第一支程序systemd他的PID为1，这个PID的所有相关信息都写入在/proc/1/*当中，我们可以直接观察它
同理：我想了解任何一个PID，都可以通过ll /proc/PID号码/*来查看

`ll /proc/1`
解释其中的两个文件 cmdline、environ

• cmdline：这个进程被启动的指令串
• environ：这个进程的环境变量内容

2.2 针对整个Linux系统相关的参数文件

文档名	文件内容
/proc/cmdline	加载kernel时所下达的相关指令与参数
/proc/cpuinfo	本机的CPU的相关信息，包括频率、类型与运算功能等
/proc/devices	这个文件记录了系统各个主要装置的主要装置代号，与mknod有关
/proc/filesystems	目前系统已经加载的文件系统
/proc/interrupts	目前系统上面的IRQ分配状态
/proc/ioports	目前系统上面各个装置所配置的I/O地址
/proc/kcore	内存大小
/proc/loadavg	top 以及 uptime 上头的三个平均数值就记录在这
/proc/meminfo	使用 free列出的内存信息
/proc/mounts	系统已经挂载的数据，就是用mount这个指令呼叫出来的数据
/proc/swaps	系统挂载的内存就在这里，使用掉的partition就记录在这里啦
/proc/partitions	使用 fdisk -l会出现目前所有的partition吧？在这个文件当中也有记录
/proc/uptime	就是用uptime的时候，会出现的信息
/proc/version	核心的版本，就是uname -a显示的内容
/proc/bus/*	一些总线的装置，还有USB的装置也记录在这里

了解了/proc目录下的文件信息，是不是有种茅塞顿开、恍然大悟的感觉：我们刚刚学习的那些“查看系统资源的指令”如uptime、free等等，会不会都只是被系统包装好的快捷键，本质工作就是调取/proc目录下的相关文件？猫毛深刻怀疑如此～以后，如果我们想要撰写一些监控系统资源的工具软件，这个目录下的文件没准就有帮助啦～