操作系統(tǒng)「進(jìn)程」是學(xué)計(jì)算機(jī)都要接觸的基本概念，拋開那些純理論的操作系統(tǒng)底層實(shí)現(xiàn)，在Linux下做軟件開發(fā)這么多年，每次程序運(yùn)行出現(xiàn)問題，都要一步一步分析進(jìn)程各種狀態(tài)，去排查問題出在哪里，這次lemon帶你在Linux環(huán)境下實(shí)操，一步步探究揭開「Linux進(jìn)程」的那些秘密。

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何為進(jìn)程

首先我們說下「程序」的概念，程序是一些保存在磁盤上的指令的有序集合，是靜態(tài)的。進(jìn)程是程序執(zhí)行的過程，包括了動(dòng)態(tài)創(chuàng)建、調(diào)度和消亡的整個(gè)過程，它是程序資源管理的最小單位。

線程是操作操作系統(tǒng)能夠進(jìn)行運(yùn)算調(diào)度的最小單位。大部分情況下，它被包含在進(jìn)程之中，是進(jìn)程中的實(shí)際運(yùn)作單位，一個(gè)進(jìn)程內(nèi)可以包含多個(gè)線程，是資源調(diào)度的最小單位。[引用維基百科]

多線程程序模型

探究進(jìn)程第一步，你在嗎?還好嗎?

ps

report a snapshot of the current processes. 列出當(dāng)前系統(tǒng)進(jìn)程的快照。

找到進(jìn)程PID ( Process IDentity )，pid唯一標(biāo)識(shí)一個(gè)進(jìn)程。用ps這個(gè)命令，這個(gè)命令大家應(yīng)該都知道吧，對(duì)于小白用戶，首先他不是Photoshop。

給大家簡(jiǎn)單介紹一下，一般用法是ps -ef列出系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)常信息，通常都會(huì)帶管道grep出自己感興趣的進(jìn)程，像這樣ps -ef|grep intresting第一列PID代表進(jìn)程號(hào)，PPID(parent process ID)代表父進(jìn)程號(hào)。

探究進(jìn)程第二步，讓我看看你都交了哪些朋友(系統(tǒng)調(diào)用 & 信號(hào))

strace

trace system calls and signals 跟蹤進(jìn)程內(nèi)部的系統(tǒng)調(diào)用和信號(hào)

什么是「系統(tǒng)調(diào)用」?系統(tǒng)調(diào)用(system call)，指運(yùn)行在「用戶態(tài)」的程序向操作系統(tǒng)「內(nèi)核態(tài)」請(qǐng)求需要更高權(quán)限運(yùn)行的服務(wù)，系統(tǒng)調(diào)用提供用戶程序與操作系統(tǒng)之間的接口。

strace后面跟著啟動(dòng)一個(gè)進(jìn)程，可以跟蹤啟動(dòng)后進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用和信號(hào)，這個(gè)命令可以看到進(jìn)程執(zhí)行時(shí)候都調(diào)用了哪些系統(tǒng)調(diào)用，通過指定不同的選項(xiàng)可以輸出系統(tǒng)調(diào)用發(fā)生的時(shí)間，精度可以精確到微秒，甚至還可以統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)「調(diào)用的耗時(shí)」，這在排查進(jìn)程假死問題的時(shí)候很有用，能幫你發(fā)現(xiàn)進(jìn)程卡在哪個(gè)系統(tǒng)調(diào)用上。已經(jīng)在運(yùn)行的進(jìn)程也可以指定-p參數(shù)加pid像gdb attach那樣附著上去跟蹤。

strace統(tǒng)計(jì)

探究進(jìn)程第三步，讓我看看你帶的小弟們(線程)。

pstack

print a stack trace of a running process 打印出運(yùn)行中程序的堆棧信息。

執(zhí)行命令pstack pid 你能看到當(dāng)前線程運(yùn)行中的堆棧信息，其中的pid可用之前的ps命令獲得，pstack可以看到進(jìn)程內(nèi)啟動(dòng)的線程號(hào)，每個(gè)進(jìn)程內(nèi)線程的「堆棧」內(nèi)容也能看到。

看到上面打印出的LWP了嗎，這里是個(gè)知識(shí)點(diǎn)， LPW是指Light-weight process 輕量級(jí)線程。引申知識(shí)：

1. Linux中沒有真正的線程
2. Linux中沒有的線程Thread是由進(jìn)程來模擬實(shí)現(xiàn)的所以稱作：輕量級(jí)進(jìn)程
3. 進(jìn)程是「資源管理」的最小單元，線程是「資源調(diào)度」的最小單元(這里不考慮協(xié)程)

探究進(jìn)程第四步，讓小弟們(線程)出來排個(gè)隊(duì)吧。

pstree

display a tree of processes pstree按樹形結(jié)構(gòu)打印運(yùn)行中進(jìn)程結(jié)構(gòu)信息

可以直觀的查看進(jìn)程和它啟動(dòng)的線程的關(guān)系，并能顯示進(jìn)程標(biāo)識(shí)。

pstree

探究進(jìn)程第五步，是死(進(jìn)程崩潰)是活(進(jìn)程運(yùn)行中)我都要知道你的秘密(堆棧幀 & 上下文)。

gdb

gdb是GNU開發(fā)的gcc套件中Linux下程序調(diào)試工具，你可以查看程序的堆棧、設(shè)置斷點(diǎn)、打印程序運(yùn)行時(shí)信息，甚至還能調(diào)試多線程程序，功能十分強(qiáng)大。

在這里把gdb當(dāng)成一個(gè)命令來講有點(diǎn)大材小用，要詳細(xì)說gdb的話，完全可以撐起一篇文章的篇幅，這里長(zhǎng)話短說，有機(jī)會(huì)再開一篇文章詳細(xì)介紹下它。

使用

要用gdb調(diào)試C/C++程序首先編譯的時(shí)候要加-g選項(xiàng)，g++ -g test.cpp -o test這樣生成的程序就可以用gdb來調(diào)試?yán)病?/p>

1. 可以直接用gdb啟動(dòng)程序調(diào)試，命令：gdb prog
2. 用gdb附著到一個(gè)已經(jīng)啟動(dòng)的進(jìn)程上調(diào)試也可以。命令：gdb prog pid
3. 程序崩潰之后參數(shù)corefile也可以用gdb調(diào)試，看看程序死掉之前留了什么遺言(堆棧信息)給你。命令：gdb prog corefile，這里有一點(diǎn)需要注意，有些Linux系統(tǒng)默認(rèn)程序崩潰不生成corefile，這時(shí)你需要ulimit -c unlimited這樣就能生成corefile了。

探究進(jìn)程第六步，關(guān)于你的所有，我都想知道。

更近一步

通過/proc/pid文件了解進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)信息和統(tǒng)計(jì)信息。/proc系統(tǒng)是一個(gè)偽文件系統(tǒng)，它只存在內(nèi)存當(dāng)中，而不占用外存空間，以文件系統(tǒng)的方式為內(nèi)核與進(jìn)程提供通信的接口。進(jìn)入系統(tǒng)/proc目錄：

proc目錄

/proc目錄下有很多以數(shù)字命名的目錄，每個(gè)數(shù)字代表進(jìn)程號(hào)PID它們是進(jìn)程目錄。系統(tǒng)中當(dāng)前運(yùn)行的每一個(gè)進(jìn)程在/proc下都對(duì)應(yīng)一個(gè)以進(jìn)程號(hào)為目錄名的目錄/proc/pid，它們是讀取進(jìn)程信息的接口，我們可以進(jìn)到這個(gè)文件里面，了解進(jìn)程的運(yùn)行時(shí)信息和統(tǒng)計(jì)信息。

高頻使用

/proc/pid目錄下的有一些重要文件，挑幾個(gè)使用頻率高的講一講。/proc/pid/environ 包含了進(jìn)程的可用環(huán)境變量的列表 。程序出問題了如果不確定環(huán)境變量是否設(shè)置生效，可以cat這個(gè)文件出來查看確認(rèn)一下。

/proc/pid/fd/ 這個(gè)目錄包含了進(jìn)程打開的每一個(gè)文件的鏈接。從這里可以查看進(jìn)程打開的文件描述符信息，包括標(biāo)準(zhǔn)輸入、輸出、錯(cuò)誤流，進(jìn)程打開的socket連接文件描述符也能看到，lsof命令也有類似的作用。

/proc/pid/stat包含了進(jìn)程的所有狀態(tài)信息，進(jìn)程號(hào)、父進(jìn)程號(hào)、 線程組號(hào)、 該任務(wù)在用戶態(tài)運(yùn)行的時(shí)間 、 該任務(wù)在用內(nèi)核態(tài)運(yùn)行的時(shí)間、 虛擬地址空間的代碼段、 阻塞信號(hào)的位圖等等信息應(yīng)有盡有。

其他統(tǒng)計(jì)

• /proc/pid/cmdline 該文件保存了進(jìn)程的完整命令行
• /proc/pid/cwd一個(gè)符號(hào)連接, 指向進(jìn)程當(dāng)前的工作目錄
• /proc/pid/exe包含了正在進(jìn)程中運(yùn)行的程序鏈接
• /proc/pid/mem包含了進(jìn)程在內(nèi)存中的內(nèi)容
• /proc/pid/statm包含了進(jìn)程的內(nèi)存使用信息

總結(jié)一下

好了，一頓操作下來，你對(duì)進(jìn)程和它背后的秘密你已經(jīng)非常了解了，下次我們的好朋友「進(jìn)程」如果遇到了什么問題(崩潰coredump、假死、阻塞、系統(tǒng)調(diào)用超時(shí)、文件描述符異常)，你應(yīng)該知道如何幫它處理了吧!我們來總結(jié)一下：

• ps查看進(jìn)程id，看看進(jìn)程還在不在以及進(jìn)程狀態(tài)
• 如果在的話strace、psstack看下進(jìn)程當(dāng)前信息，是不是卡死在哪個(gè)位置，對(duì)比各幀最后調(diào)用信息找到異常點(diǎn)
• 如果進(jìn)程不再了，如果有corefile文件，直接上gdb查看corefile信息
• 其他疑難雜癥懷疑進(jìn)程狀態(tài)信息的時(shí)候，看看/proc/pid下面的進(jìn)程狀態(tài)信息，可能會(huì)給你啟發(fā)。
• 最后，如果以上都不行，閉目祈禱吧!

寫在最后

今天的分享希望對(duì)你有幫助，祝大家寫的服務(wù)永不宕機(jī)，從不coredump，讓上面教你的操作吃灰去吧。

最后，感謝各位的閱讀。文章的目的是分享對(duì)知識(shí)的理解，技術(shù)類文章我都會(huì)反復(fù)求證以求最大程度保證準(zhǔn)確性，若文中出現(xiàn)明顯紕漏也歡迎指出，我們一起在探討中學(xué)習(xí)。