Linux循序渐进 进程管理及作业控制

时间:2008-10-03 13:39:36  来源:第二电脑网上收集  作者:

  第二电脑网导读:、调度作业的命令。进程及作业的概念Linux是一个多用户多任务的操作系统。多用户是指多个用户可以在同一时间使用计算机系统;多任务是指Linux可以同时执行几个任务,它可以在还未执行完一个任务时又执行另一项任务。操作系统管理多个用户的请求和多个任务。大多数系统都只有一个CPU和一个主存,但一个系统可能有多个二级存储磁盘和多个输入/输出设备。操作系统管理这...
  正文:

linux是一个多任务的操作系统,系统上同时运行着多个进程,正在执行的一个或多个相关进程称为一个作业。使用作业控制,用户可以同时运行多个作业,并在需要时在作业之间进行切换。本章详细介绍进程管理及作业控制的命令,包括启动进程、查看进程、调度作业的命令。

进程及作业的概念

Linux是一个多用户多任务的操作系统。多用户是指多个用户可以在同一时间使用计算机系统;多任务是指Linux可以同时执行几个任务,它可以在还未执行完一个任务时又执行另一项任务。

操作系统管理多个用户的请求和多个任务。大多数系统都只有一个CPU和一个主存,但一个系统可能有多个二级存储磁盘和多个输入/输出设备。操作系统管理这些资源并在多个用户间共享资源,当您提出一个请求时,给您造成一种假象,好象系统只被您独自占用。而实际上操作系统监控着一个等待执行的任务队列,这些任务包括用户作业、操作系统任务、邮件和打印作业等。操作系统根据每个任务的优先级为每个任务分配合适的时间片,每个时间片大约都有零点几秒,虽然看起来很短,但实际上已经足够计算机完成成千上万的指令集。每个任务都会被系统运行一段时间,然后挂起,系统转而处理其他任务;过一段时间以后再回来处理这个任务,直到某个任务完成,从任务队列中去除。

Linux系统上所有运行的东西都可以称之为一个进程。每个用户任务、每个系统管理守护进程,都可以称之为进程。Linux用分时管理方法使所有的任务共同分享系统资源。我们讨论进程的时候,不会去关心这些进程究竟是如何分配的,或者是内核如何管理分配时间片的,我们所关心的是如何去控制这些进程,让它们能够很好地为用户服务。

进程的一个比较正式的定义是:在自身的虚拟地址空间运行的一个单独的程序。进程与程序是有区别的,进程不是程序,虽然它由程序产生。程序只是一个静态的指令集合,不占系统的运行资源;而进程是一个随时都可能发生变化的、动态的、使用系统运行资源的程序。而且一个程序可以启动多个进程。

Linux操作系统包括三种不同类型的进程,每种进程都有自己的特点和属性。

交互进程——由一个shell启动的进程。交互进程既可以在前台运行,也可以在后台运行。

批处理进程——这种进程和终端没有联系,是一个进程序列。

监控进程(也称守护进程)——Linux系统启动时启动的进程,并在后台运行。

上述三种进程各有各的作用,使用场合也有所不同。

进程和作业的概念也有区别。一个正在执行的进程称为一个作业,而且作业可以包含一个或多个进程,尤其是当使用了管道和重定向命令。例如“nroff -man photoshop/ target=_blank class=infotextkey>ps.1|grep kill|more”这个作业就同时启动了三个进程。

作业控制指的是控制正在运行的进程的行为。比如,用户可以挂起一个进程,等一会儿再继续执行该进程。shell将记录所有启动的进程情况,在每个进程过程中,用户可以任意地挂起进程或重新启动进程。作业控制是许多shell(包括 bash和tcsh)的一个特性,使用户能在多个独立作业间进行切换。

一般而言,进程与作业控制相关联时,才被称为作业。

在大多数情况下,用户在同一时间只运行一个作业,即它们最后向shell键入的命令。但是使用作业控制,用户可以同时运行多个作业,并在需要时在这些作业间进行切换。这会有什么用途呢?例如,当用户编辑一个文本文件,并需要中止编辑做其他事情时,利用作业控制,用户可以让编辑器暂时挂起,返回shell提示符开始做其他的事情。其他事情做完以后,用户可以重新启动挂起的编辑器,返回到刚才中止的地方,就象用户从来没有离开编辑器一样。这只是一个例子,作业控制还有许多其他实际的用途。

启动进程

键入需要运行的程序的程序名,执行一个程序,其实也就是启动了一个进程。在Linux系统中每个进程都具有一个进程号,用于系统识别和调度进程。启动一个进程有两个主要途径:手工启动和调度启动,后者是事先进行设置,根据用户要求自行启动。

手工启动

由用户输入命令,直接启动一个进程便是手工启动进程。但手工启动进程又可以分为很多种,根据启动的进程类型不同、性质不同,实际结果也不一样,下面分别介绍。

1. 前台启动

这或许是手工启动一个进程的最常用的方式。一般地,用户键入一个命令“ls –l”,这就已经启动了一个进程,而且是一个前台的进程。这时候系统其实已经处于一个多进程状态。或许有些用户会疑惑:我只启动了一个进程而已。但实际上有许多运行在后台的、系统启动时就已经自动启动的进程正在悄悄运行着。还有的用户在键入“ls –l”命令以后赶紧使用“ps –x”查看,却没有看到ls进程,也觉得很奇怪。其实这是因为ls这个进程结束太快,使用ps查看时该进程已经执行结束了。如果启动一个比较耗时的进程:

find / -name fox.jpg

然后再把该进程挂起,使用ps查看,就会看到一个find进程在里面。

2. 后台启动

直接从后台手工启动一个进程用得比较少一些,除非是该进程甚为耗时,且用户也不急着需要结果的时候。假设用户要启动一个需要长时间运行的格式化文本文件的进程。为了不使整个shell在格式化过程中都处于“瘫痪”状态,从后台启动这个进程是明智的选择。

[例1]

$ troff –me notes > note_form &

[1] 4513

$

由上例可见,从后台启动进程其实就是在命令结尾加上一个&号。键入命令以后,出现一个数字,这个数字就是该进程的编号,也称为PID,然后就出现了提示符。用户可以继续其他工作。

上面介绍了前、后台启动的两种情况。实际上这两种启动方式有个共同的特点,就是新进程都是由当前shell这个进程产生的。也就是说,是shell创建了新进程,于是就称这种关系为进程间的父子关系。这里shell是父进程,而新进程是子进程。一个父进程可以有多个子进程,一般地,子进程结束后才能继续父进程;当然如果是从后台启动,那就不用等待子进程结束了。

一种比较特殊的情况是在使用管道符的时候。例如:

nroff -man ps.1|grep kill|more

这时候实际上是同时启动了三个进程。请注意是同时启动的,所有放在管道两边的进程都将被同时启动,它们都是当前shell的子程序,互相之间可以称为兄弟进程。

以上介绍的是手工启动进程的一些内容,作为一名系统管理员,很多时候都需要把事情安排好以后让其自动运行。因为管理员不是机器,也有离开的时候,所以有些必须要做的工作而恰好管理员不能亲自操作,这时候就需要使用调度启动进程了。

调度启动

有时候需要对系统进行一些比较费时而且占用资源的维护工作,这些工作适合在深夜进行,这时候用户就可以事先进行调度安排,指定任务运行的时间或者场合,到时候系统会自动完成这一切工作。

要使用自动启动进程的功能,就需要掌握以下几个启动命令。

at命令

用户使用at命令在指定时刻执行指定的命令序列。也就是说,该命令至少需要指定一个命令、一个执行时间才可以正常运行。at命令可以只指定时间,也可以时间和日期一起指定。需要注意的是,指定时间有个系统判别问题。比如说:用户现在指定了一个执行时间:凌晨3:20,而发出at命令的时间是头天晚上的20:00,那么究竟是在哪一天执行该命令呢?如果用户在3:20以前仍然在工作,那么该命令将在这个时候完成;如果用户3:20以前就退出了工作状态,那么该命令将在第二天凌晨才得到执行。下面是at命令的语法格式:

at [-V] [-q 队列] [-f 文件名] [-mldbv] 时间

at -c 作业 [作业...]

at允许使用一套相当复杂的指定时间的方法,实际上是将POSIX.2标准扩展了。它可以接受在当天的hh:mm(小时:分钟)式的时间指定。如果该时间已经过去,那么就放在第二天执行。当然也可以使用midnight(深夜), noon(中午),teatime(饮茶时间,一般是下午4点)等比较模糊的词语来指定时间。用户还可以采用12小时计时制,即在时间后面加上AM(上午)或者PM(下午)来说明是上午还是下午。

也可以指定命令执行的具体日期,指定格式为month day(月 日)或者mm/dd/yy(月/日/年)或者dd.mm.yy(日.月.年)。指定的日期必须跟在指定时间的后面。

上面介绍的都是绝对计时法,其实还可以使用相对计时法,这对于安排不久就要执行的命令是很有好处的。指定格式为:now + count time-units ,now就是当前时间,time-units是时间单位,这里可以是 minutes(分钟)、hours(小时)、days(天)、weeks(星期)。count是时间的数量,究竟是几天,还是几小时,等等。

还有一种计时方法就是直接使用today(今天)、tomorrow(明天)来指定完成命令的时间。下面通过一些例子来说明具体用法。

[例2] 指定在今天下午5:30执行某命令。假设现在时间是中午12:30,1999年2月24日,其命令格式如下:

at 5:30pm

at 17:30

at 17:30 today

at now + 5 hours

at now + 300 minutes

at 17:30 24.2.99

at 17:30 2/24/99

at 17:30 Feb 24

以上这些命令表达的意义是完全一样的,所以在安排时间的时候完全可以根据个人喜好和具体情况自由选择。一般采用绝对时间的24小时计时法可以避免由于用户自己的疏忽造成计时错误的情况发生,例如上例可以写成:

at 17:30 2/24/99

这样非常清楚,而且别人也看得懂。

对于at命令来说,需要定时执行的命令是从标准输入或者使用-f选项指定的文件中读取并执行的。如果at命令是从一个使用su命令切换到用户shell中执行的,那么当前用户被认为是执行用户,所有的错误和输出结果都会送给这个用户。但是如果有邮件送出的话,收到邮件的将是原来的用户,也就是登录时shell的所有者。

[例3]

$ at -f work 4pm + 3 days

在三天后下午4点执行文件work中的作业。

$ at -f work 10am Jul 31

在7月31日上午10点执行文件work中的作业。

在任何情况下,超级用户都可以使用这个命令。对于其他用户来说,是否可以使用就取决于两个文件:/etc/at.allow和/etc/at.deny。如果/etc/at.allow文件存在的话,那么只有在其中列出的用户才可以使用 at命令;如果该文件不存在,那么将检查/etc/at.deny文件是否存在,在这个文件中列出的用户均不能使用该命令。如果两个文件都不存在,那么只有超级用户可以使用该命令;空的/etc/at.deny文件意味着所有的用户都可以使用该命令,这也是默认状态。

下面对命令中的参数进行说明。

-V 将标准版本号打印到标准错误中。

-q queue 使用指定的队列。队列名称是由单个字母组成,合法的队列名可以由a-z或者A-Z。a队列是at命令的默认队列。

-m 作业结束后发送邮件给执行at命令的用户。

-f file 使用该选项将使命令从指定的file读取,而不是从标准输入读取。

-l atq命令的一个别名。该命令用于查看安排的作业序列,它将列出用户排在队列中的作业,如果是超级用户,则列出队列中的所有工作。

命令的语法格式如下:

atq [-V] [-q 队列] [-v]

-d atrm 命令的一个别名。该命令用于删除指定要执行的命令序列,语法格式如下:

atrm [-V] 作业 [作业...]

-c 将命令行上所列的作业送到标准输出。

[例4] 找出系统中所有以txt为后缀名的文件,并且进行打印。打印结束后给用户foxy发出邮件通知取件。指定时间为十二月二十五日凌晨两点。

首先键入:

$ at 2:00 12/25/99

然后系统出现at>提示符,等待用户输入进一步的信息,也就是需要执行的命令序列:

at> find / -name “*.txt”|lpr

at> echo “foxy:All texts have been printed.You can take them over.Good day!River” |mail -s ”job done” foxy

输入完每一行指令然后回车,所有指令序列输入完毕后,使用组合键结束at命令的输入。这时候屏幕将出现如下信息:

warning:command will be executed using /bin/sh.

job 1 at 1999-12-25 02:00

提醒用户将使用哪个shell来执行该命令序列。

实际上如果命令序列较长或者经常被执行的时候,一般都采用将该序列写到一个文件中,然后将文件作为at命令的输入来处理。这样不容易出错。

[例5] 上面的例子可以修改如下:

将命令序列写入到文件/tmp/printjob,语句为:

$ at -f /tmp/printjob 2:00 12/25/99

这样一来,at命令将使用文件中的命令序列,屏幕显示如下:

Warning:command will be executed using /bin/sh.

job 2 at 1999-12-25 02:00

当然也可以采用以下命令:

$ at< /tmp/printjob 2:00 12/25/99

来完成同样的任务。也就是使用输入重定向的办法将文件定向为命令输入。

batch命令

batch 用低优先级运行作业,该命令几乎和at命令的功能完全相同,唯一的区别在于,at命令是在指定时间,很精确的时刻执行指定命令;而batch却是在系统负载较低,资源比较空闲的时候执行命令。该命令适合于执行占用资源较多的命令。

batch命令的语法格式也和at命令十分相似,即

batch [-V] [-q 队列] [-f 文件名] [-mv] [时间]

具体的参数解释请参考at命令。一般地说,不用为batch命令指定时间参数,因为batch本身的特点就是由系统决定执行任务的时间,如果用户再指定一个时间,就失去了本来的意义。

[例6] 使用例4,键入:

$ batch

at> find / -name *.txt|lpr

at> echo “foxy:All texts have been printed.You can take them over.Good day!River” |mail -s ”job done” foxy

现在这个命令就会在合适的时间进行了,进行完后会发回一个信息。

仍然使用组合键来结束命令输入。而且batch和at命令都将自动转入后台,所以启动的时候也不需要加上&符号。

cron命令

前面介绍的两条命令都会在一定时间内完成一定任务,但是要注意它们都只能执行一次。也就是说,当指定了运行命令后,系统在指定时间完成任务,一切就结束了。但是在很多时候需要不断重复一些命令,比如:某公司每周一自动向员工报告头一周公司的活动情况,这时候就需要使用cron命令来完成任务了。

实际上,cron命令是不应该手工启动的。cron命令在系统启动时就由一个shell脚本自动启动,进入后台(所以不需要使用&符号)。一般的用户没有运行该命令的权限,虽然超级用户可以手工启动cron,不过还是建议将其放到shell脚本中由系统自行启动。

首先cron命令会搜索/var/spool/cron目录,寻找以 /etc/passwd文件中的用户名命名的crontab文件,被找到的这种文件将载入内存。例如一个用户名为foxy的用户,它所对应的 crontab文件就应该是/var/spool/cron/foxy。也就是说,以该用户命名的crontab文件存放在 /var/spool/cron目录下面。cron命令还将搜索/etc/crontab文件,这个文件是用不同的格式写成的。

cron启动以后,它将首先检查是否有用户设置了crontab文件,如果没有就转入“休眠”状态,释放系统资源。所以该后台进程占用资源极少。它每分钟“醒”过来一次,查看当前是否有需要运行的命令。命令执行结束后,任何输出都将作为邮件发送给crontab的所有者,或者是/etc/crontab文件中MAILTO环境变量中指定的用户。

上面简单介绍了一些cron的工作原理,但是cron命令的执行不需要用户干涉;需要用户修改的是crontab中要执行的命令序列,所以下面介绍crontab命令。

crontab命令

crontab命令用于安装、删除或者列出用于驱动cron后台进程的表格。也就是说,用户把需要执行的命令序列放到crontab文件中以获得执行。每个用户都可以有自己的crontab文件。下面就来看看如何创建一个crontab文件。

在/var/spool/cron下的crontab文件不可以直接创建或者直接修改。crontab文件是通过crontab命令得到的。现在假设有个用户名为foxy,需要创建自己的一个crontab文件。首先可以使用任何文本编辑器建立一个新文件,然后向其中写入需要运行的命令和要定期执行的时间。

然后存盘退出。假设该文件为/tmp/test.cron。再后就是使用crontab命令来安装这个文件,使之成为该用户的crontab文件。键入:

crontab test.cron

这样一个crontab 文件就建立好了。可以转到/var/spool/cron目录下面查看,发现多了一个foxy文件。这个文件就是所需的crontab 文件。用more命令查看该文件的内容可以发现文件头有三行信息:

#DO NOT EDIT THIS FILE -edit the master and reinstall.

#(test.cron installed on Mon Feb 22 14:20:20 1999)

#(cron version --$Id:crontab.c,v 2.13 1994/01/17 03:20:37 vivie Exp $)

大概意思是:

#切勿编辑此文件——如果需要改变请编辑源文件然后重新安装。

#test.cron文件安装时间:14:20:20 02/22/1999

如果需要改变其中的命令内容时,还是需要重新编辑原来的文件,然后再使用crontab命令安装。

可以使用crontab命令的用户是有限制的。如果/etc/cron.allow 文件存在,那么只有其中列出的用户才能使用该命令;如果该文件不存在但cron.deny文件存在,那么只有未列在该文件中的用户才能使用crontab 命令;如果两个文件都不存在,那就取决于一些参数的设置,可能是只允许超级用户使用该命令,也可能是所有用户都可以使用该命令。

crontab命令的语法格式如下:

crontab [-u user] file

crontab [-u user]{-l|-r|-e}

第一种格式用于安装一个新的crontab 文件,安装来源就是file所指的文件,如果使用“-”符号作为文件名,那就意味着使用标准输入作为安装来源。

-u 如果使用该选项,也就是指定了是哪个具体用户的crontab 文件将被修改。如果不指定该选项,crontab 将默认是操作者本人的crontab ,也就是执行该crontab 命令的用户的crontab 文件将被修改。但是请注意,如果使用了su命令再使用crontab 命令很可能就会出现混乱的情况。所以如果是使用了su命令,最好使用-u选项来指定究竟是哪个用户的crontab文件。

-l 在标准输出上显示当前的crontab。

-r 删除当前的crontab文件。

-e 使用VISUAL或者EDITOR环境变量所指的编辑器编辑当前的crontab文件。当结束编辑离开时,编辑后的文件将自动安装。

[例7]

# crontab -l #列出用户目前的crontab。

10 6 * * * date

0 */2 * * * date

0 23-7/2,8 * * * date

#

在crontab文件中如何输入需要执行的命令和时间。该文件中每行都包括六个域,其中前五个域是指定命令被执行的时间,最后一个域是要被执行的命令。每个域之间使用空格或者制表符分隔。格式如下:

minute hour day-of-month month-of-year day-of-week commands

第一项是分钟,第二项是小时,第三项是一个月的第几天,第四项是一年的第几个月,第五项是一周的星期几,第六项是要执行的命令。这些项都不能为空,必须填入。如果用户不需要指定其中的几项,那么可以使用*代替。因为*是统配符,可以代替任何字符,所以就可以认为是任何时间,也就是该项被忽略了。在表4-1中给出了每项的合法范围。

表4-1 指定时间的合法范围

时间

合法值

minute

00-59

hour

00-23,其中00点就是晚上12点

day-of-month

01-31

month-of-year

01-12

day-of-week

0-6,其中周日是0

这样用户就可以往crontab 文件中写入无限多的行以完成无限多的命令。命令域中可以写入所有可以在命令行写入的命令和符号,其他所有时间域都支持列举,也就是域中可以写入很多的时间值,只要满足这些时间值中的任何一个都执行命令,每两个时间值中间使用逗号分隔。

[例8]

5,15,25,35,45,55 16,17,18 * * * command

这就是表示任意天任意月,其实就是每天的下午4点、5点、6点的5 min、15 min、25 min、35 min、45 min、55 min时执行命令。

[例9] 在每周一,三,五的下午3:00系统进入维护状态,重新启动系统。那么在crontab 文件中就应该写入如下字段:

00 15 * * 1,3,5 shutdown -r +5

然后将该文件存盘为foxy.cron,再键入crontab foxy.cron安装该文件。

[例10] 每小时的10分,40分执行用户目录下的innd/bbslin这个指令:

10,40 * * * * innd/bbslink

[例11] 每小时的1分执行用户目录下的bin/account这个指令:

1 * * * * bin/account

[例12] 每天早晨三点二十分执行用户目录下如下所示的两个指令(每个指令以;分隔):

20 3 * * * (/bin/rm -f expire.ls logins.bad;bin/expire>expire.1st)

[例13] 每年的一月和四月,4号到9号的3点12分和3点55分执行/bin/rm -f expire.1st这个指令,并把结果添加在mm.txt这个文件之后(mm.txt文件位于用户自己的目录位置)。

12,55 3 4-9 1,4 * /bin/rm -f expire.1st>>mm.txt

[例14] 我们来看一个超级用户的crontab文件:

#Run the ‘atrun’ program every minutes

#This runs anything that’s due to run from ‘at’.See man ‘at’ or ‘atrun’.

0,5,10,15,20,25,30,35,40,45,50,55 * * * * /usr/lib/atrun

40 7 * * * updatedb

8,10,22,30,39,46,54,58 * * * * /bin/sync

进程的挂起及恢复命令bg、fg

作业控制允许将进程挂起并可以在需要时恢复进程的运行,被挂起的作业恢复后将从中止处开始继续运行。只要在键盘上按,即可挂起当前的前台作业。

[例15]

$ cat > text.file

[1] + stopped cat > text.file

$ jobs

[1]+ stopped cat > text.file

在键盘上按后,将挂起当前执行的命令cat。使用jobs命令可以显示shell的作业清单,包括具体的作业、作业号以及作业当前所处的状态。

恢复进程执行时,有两种选择:用fg命令将挂起的作业放回到前台执行;用bg命令将挂起的作业放到后台执行。

[例16]用户正在使用Emacs,突然需要查看系统进程情况。就首先使用组合键将Emacs进程挂起,然后使用bg命令将其在后台启动,这样就得到了前台的操作控制权,接着键入“ps –x”查看进程情况。查看完毕后,使用fg命令将Emacs带回前台运行即可。其命令格式为:

$ bg emacs

$ ps –x

$ fg emacs

默认情况下,fg和bg命令对最近停止的作业进行操作。如果希望恢复其他作业的运行,可以在命令中指定要恢复作业的作业号来恢复该作业。例如:

$ fg 1

cat > text.file

灵活使用上述命令,将给自己带来很大的方便。

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