RHCA05--进程管理与文件系统管理

一、进程管理

1. 进程

（1）ps命令

• 基本概念：任何运行的命令都会成为一个进程，ps命令用于显示进程信息。

• 命令区别：

  • 直接使用ps：仅显示当前终端下的进程。
  • ps aux：显示系统所有进程，包括其他终端的进程。

• 参数说明：

  • a：显示所有用户的进程。
  • u：显示进程的拥有人信息。
  • x：显示进程的额外信息。

• 输出字段解析：

  • USER：进程拥有人。
  • PID：进程ID，每个进程运行时的唯一标识。
  • %CPU：CPU使用百分比。
  • %MEM：内存使用百分比。
  • VSZ：虚拟内存大小（Virtualization Size）。
  • RSS：真实内存大小（Resident Set Size）。
  • TTY：终端关联信息。
  • STAT：进程状态。
  • START：启动时间。
  • TIME：运行时间。
  • COMMAND：执行的命令。

• 例题:ps aux命令示例

  • 内存类型说明：
    • 虚拟内存：应用程序申请的内存空间。
    • 物理内存：实际分配的内存空间。
    • 类比：类似虚拟机磁盘的精简模式，按需分配实际空间。

• 例题:火狐浏览器内存占用情况

  • 内存分析：
    • 使用pmap 5208查看火狐浏览器进程内存。
    • 虚拟内存：约2GB（2142192KB）。
    • 物理内存：约260MB（266420KB）。
    • 说明：应用程序通常会申请比实际使用更多的虚拟内存空间。
  • 内存管理概念：
    • 虚拟内存不是swap空间。
    • 从应用程序视角看，swap也属于物理内存。
    • 详细内存管理将在后续章节讲解。

（2）ps命令结果讲解

• 进程与终端关系

  • 终端标识：TTY列显示进程运行的终端，问号表示进程不属于任何终端。
  • 虚拟内存与物理内存：VSZ表示虚拟内存使用量，RSS表示物理内存使用量。
  • 终端类型：
    • tty1-tty6：虚拟终端（通过Ctrl+Alt+F1-F6切换）。
    • pts/0、pts/1：伪终端（图形界面打开的终端或SSH连接）。
    • ttyS0：串口终端（COM口）。

• 终端类型详解

  • 物理终端：直接连接主机的物理设备。
  • 虚拟终端：通过Ctrl+Alt+F1-F6切换的6个虚拟控制台。
  • 伪终端：
    • 图形界面中打开的终端窗口。
    • 通过SSH远程连接的终端（如pts/0、pts/1）。
  • 串口终端：通过串行接口连接的设备（如ttyS0）。

• 系统进程分类

  • 终端相关进程：显示具体TTY值的进程（如bash、sshd等）。
  • 系统守护进程：
    • TTY显示为问号。
    • 在系统启动过程中产生（如systemd、kworker等）。
    • 不依赖任何终端存在。
  • 用户进程：
    • 通过终端启动的应用程序。
    • 关闭终端可能导致进程终止（除非使用nohup等方式）。

• 进程状态解析

  • STAT列含义：
    • S：可中断睡眠状态。
    • s：会话首进程。
    • +：位于前台进程组。
    • I：空闲的内核线程。
    • <：高优先级进程。
  • 常见进程示例：
    • sshd：SSH守护进程。
    • bash：命令行解释器。
    • kworker：内核工作线程。
    • systemd：系统初始化进程。

（3）应用案例

• 例题:vsftpd进程相关命令使用
  • 进程状态查询：使用systemctl status vsftpd命令可以查看vsftpd服务的详细状态信息，包括：
    • 服务是否已加载（Loaded）。
    • 是否开机自启（enabled）。
    • 当前运行状态（Active）。
    • 主进程ID（Main PID）。
    • 内存和CPU使用情况。
  • 终端关联性：
    • 问号（?）表示该进程不属于任何终端，通常是系统服务进程。
    • 开机自启的进程通常没有关联终端。
    • 当前终端可通过ps命令查看，如pts/1表示第一个伪终端。
  • 进程状态解析：
    • S（sleep）：休眠状态，进程正在等待任务。
    • I（interactive）：交互式进程，正在等待任务执行。
    • <：表示高优先级进程。
    • N：表示低优先级进程。
    • s：表示该进程是会话首进程。
  • 时间统计说明：
    • START字段显示进程启动时间。
    • TIME字段显示进程实际占用CPU的时间总和。
    • 系统服务进程的TIME通常显示为0，因为：
      • 只在有请求时才会激活。
      • 统计的是实际处理请求的时间，而非总运行时间。
      • 休眠期间不计入CPU时间。
  • 内存相关指标：
    • VSZ：虚拟内存使用量（KB）。
    • RSS：实际物理内存使用量（KB）。
    • 通过ps aux命令可以查看这些内存指标。
  • 特殊符号含义：
    • <和N等符号与进程优先级相关。
    • 高优先级进程能更快获得CPU资源。
    • 系统内核进程通常具有较高优先级。

（4）进程管理基础

• 进程基本概念

  • 本质：加载到内存中的一段指令。
  • 标识方式：
    • 通过PID唯一标识进程。
    • 通过UID/GID和SELinux上下文决定文件系统存取权限。
  • 权限继承：
    • 通常继承执行用户的权限。
    • 子进程会继承父进程的属性信息。

• 进程查看命令

  • ps命令
    • 常用参数组合：
      • ps aux：查看所有终端进程及所有者信息。
      • ps -ef：查看系统所有进程及额外信息。
    • 排序功能：
      • –sort=-%mem：按内存使用率降序排列。
      • –sort=-%cpu：按CPU使用率降序排列。
    • 实际案例：
      • 执行vim /etc/passwd会产生新进程。
      • 进程结束时会立即从内存释放。
  • top命令
    • 运行状态标识：
      • R (Running)：表示正在运行的进程。
      • S (Sleeping)：表示休眠状态的进程。
    • 交互指令：
      • 数字1：显示多核CPU详情。
      • c：显示完整命令路径。
      • top -n 2：只刷新2次后自动退出。
    • 系统概览：
      • 显示总进程数及状态分布。
      • 实时更新CPU/内存使用情况。

• 进程生命周期

  • 创建机制：
    • 通过fork创建子进程。
    • 通过exec加载新程序。
  • 终止过程：
    • 正常退出会发送exit信号。
    • 可能进入zombie（僵尸）状态。
  • 父子关系：
    • 子进程终止时会向父进程发送wait信号。
    • 父进程需要正确处理子进程终止。

（5）进程管理命令

• ps命令详解

  • 基本参数:
    • a: 查看所有终端的进程。
    • u: 打印进程所有者信息。
    • x: 查看不属于任何终端的进程。
    • e: 查看系统所有进程。
    • f: 查看额外的完整信息。
    • o: 指定格式输出。
  • 排序功能:
    • –sort: 指定排序参数，例如--sort=-%mem按内存使用降序排列。
  • 常用组合: ps aux或ps -ef是最常用的查看进程命令组合。

• 进程状态解析

  • 状态标识:
    • D: 不可中断睡眠(通常是在IO操作)。
    • R: 正在运行或可运行(在运行队列排队中)。
    • S: 可中断睡眠(休眠中，受阻)。
    • T: 已停止的进程。
    • Z: 僵尸进程(进程已终止但描述符存在)。
    • <: 高优先级进程。
    • N: 低优先级进程。
    • L: 页面锁定在内存。
    • s: 会话首进程。
    • l: 多线程进程。
    • +: 前台进程组。

• 进程排序实践

  • 排序方法:
    • 内存排序: ps aux --sort=-%mem (降序排列)。
    • CPU排序: ps aux --sort=-%cpu (降序排列)。
  • 注意: 不加排序参数时，输出不会自动按资源使用排序。

• IO监控工具

  • 专用工具:
    • iotop: 专门用于监控磁盘IO的工具。
  • 特点: 按IO大小排序显示进程IO使用情况。
  • 与ps区别: 普通ps命令不显示IO信息，需使用专门工具。

• 命令输出字段

  • 关键字段:
    • USER: 进程所有者。
    • PID: 进程ID。
    • %CPU: CPU占用百分比。
    • %MEM: 内存占用百分比。
    • VSZ: 虚拟内存大小。
    • RSS: 实际使用的物理内存。
    • STAT: 进程状态。
    • START: 进程启动时间。
    • TIME: 累计CPU使用时间。
    • COMMAND: 启动命令。

（6）top命令

• 基本功能与选项

  • 刷新间隔设置：
    • 使用-d选项指定刷新间隔时间，默认3秒刷新一次。
    • 交互模式下按s键可实时修改刷新频率。
    • 示例：top -d 2设置为2秒刷新一次。
  • 进程监控：
    • -p选项可指定监控单个进程ID。
    • 示例：top -p 830只监控PID为830的进程。
    • 示例：top -p 1只监控系统初始进程。
  • CPU状态显示：
    • 可显示CPU等待时间百分比（St状态）。
    • 按数字1键可切换显示各逻辑CPU核心的使用情况。

• 交互命令操作

  • 显示控制：
    • c键：切换显示完整命令行或命令名称。
    • f键：自定义显示字段内容。
  • 排序功能：
    • M键：按内存占用百分比排序。
    • P键：按CPU使用百分比排序。
    • T键：按进程运行时间/累计时间排序。
  • 操作示例：
    • 按c键可查看进程的完整启动命令。
    • 按M键可快速找出内存占用最高的进程。
    • 按数字1键可查看多核CPU每个核心的负载情况。

• 动态监控特点

  • 与ps命令对比：
    • ps提供静态进程快照。
    • top提供实时动态监控界面。
    • top更适合持续观察系统资源变化。
  • 界面元素说明：
    • 顶部显示系统运行时间、用户数、平均负载。
    • 中间显示CPU和内存使用情况。
    • 底部显示详细的进程列表。

• 例题:top命令示例

  • 操作演示：
    • 通过top -d 2设置2秒刷新频率。
    • 使用top -p 830监控特定进程。
    • 交互模式下按M键按内存排序。
  • 注意事项：
    • 默认刷新间隔为3秒，可通过-d修改。
    • 监控单个进程时界面只显示该进程信息。
    • 排序功能帮助快速定位资源占用高的进程。

2. 信号

• 定义：信号是Linux系统中进程间通信的一种方式，用于通知进程发生了某个事件。
• 特点：
  • 直接给进程发送信号，不需要用户界面。
  • 通过名称或数字标识不同信号。
• 常用信号：
  • 15(TERM)：正常终止进程（默认信号）。
  • 9(KILL)：立即强制终止进程。
  • 1(HUP)：让进程重新读取配置文件。
• 可通过man 7 signal查看完整信号列表。

（1）例题:文件操作进程信号应用

• 操作流程：
  • 使用vim编辑文件时会产生进程。
  • 通过ps aux | grep vim查找进程ID（如1562）。
• 发送信号：
  • kill -15 1562：正常终止。
  • kill 1562：默认发送15信号。
• 正常终止表现：
  • 进程收到TERM信号。
  • 文件修改内容会正常保存。
  • 系统显示"Vim: Finished"提示。

（2）例题:非正常关闭文件损坏问题

• 强制终止操作：
  • 使用kill -9 进程ID立即终止。
  • 示例：kill -9 1569。
• 问题表现：
  • 文件非正常关闭。
  • 产生.swp交换文件（如passwd.swp）。
  • 再次打开文件时内容混乱或无法打开。
• 关键区别：
  • 信号15：允许进程完成清理工作后再终止。
  • 信号9：立即终止，不执行任何清理。
• 使用建议：
  • 优先使用信号15正常终止。
  • 仅在进程无响应时使用信号9。
  • 强制终止可能导致数据丢失或文件损坏。
• 发送方式：
  • 通过PID：kill [signal] pid...。
  • 通过名称：killall [signal] comm...。
  • 通过模式：pkill [-signal] pattern。
• 其他信号：
  • 信号19：暂停进程。
  • 信号23：恢复暂停的进程。
  • 可通过数字或名称指定信号。

二、进程管理及调优

1. 进程信号管理

（1）信号的基本概念

• 信号本质：对进程的任何操作本质上都是通过发送信号实现的，无需用户界面交互。
• 信号标识：可通过名称（如SIGTERM）或数字（如15）来指定信号。
• 常见信号：
  • Signal 15 (TERM)：正常终止进程（默认信号）。
  • Signal 9 (KILL)：立即强制终止进程。
  • Signal 1 (HUP)：让进程重新读取配置文件。
  • Signal 19 (STOP)：暂停进程执行。

（2）信号操作演示

• 进程终止示例
  • 普通终止：使用kill -15 1562发送TERM信号终止vim进程。
  • 强制终止：当普通终止无效时，使用kill -9 1569发送KILL信号强制终止。
  • 验证方法：通过ps aux | grep vim命令确认进程状态变化。
• 进程暂停与恢复
  • 暂停进程：执行cp -i -r /usr/ /tmp/时，使用kill -19 1599发送STOP信号暂停复制操作。
  • 查看状态：通过jobs命令可查看被暂停的进程状态显示为"Stopped"。
  • 信号特性：某些信号如SIGKILL(9)和SIGSTOP不能被捕获、阻塞或忽略。

（3）信号完整列表

• 查看方式：使用man 7 signal命令查看系统所有信号定义。
• 重要信号：
  • SIGCONT (18,25)：恢复被暂停的进程。
  • SIGTSTP (20)：终端停止信号。
  • SIGCHLD：子进程终止或停止时发送。
• 信号动作类型：
  • Term：终止进程。
  • Core：终止并生成core dump。
  • Stop：暂停进程。
  • Cont：恢复被暂停的进程。

（4）信号实践技巧

• 进程恢复：对暂停的进程发送CONT信号（如kill -18 1599）可使其继续执行。
• 多信号等效：某些信号如STOP对应多个数字（17/19/23），效果相同。
• 信号管理本质：所有进程控制操作最终都转换为特定信号的发送。
• 注意事项：
  • 重要进程应避免使用SIGKILL(9)，可能导致数据损坏。
  • 服务进程常用SIGHUP(1)实现配置重载。
  • 交互式程序应处理SIGTSTP(20)实现后台运行。

2. 信号的作用

• 多进程管理场景：适用于需要同时管理一个服务产生的多个进程的情况（如httpd服务产生21516/1718等多个进程）。
• 传统方式缺陷：使用普通kill命令需要逐个终止进程ID，操作繁琐。
• 信号默认值：当不指定信号类型时，默认使用15号信号（SIGTERM）。

3. kill命令

（1）命令对比

• kill：必须指定进程ID，如kill 21516。
• killall：通过命令名称操作，如killall httpd。
• pkill：综合型命令，支持进程ID或命令名两种操作方式。

（2）安装与使用

• 依赖安装：需要先安装killall对应的软件包（课程中演示安装kr o包）。
• 操作验证：通过反复启动/终止httpd服务验证命令效果，确认进程被批量终止。

4. 查看与发送信号

（1）进程优先级

• 基础概念：与C1课程内容衔接，涉及进程的nice值调整。
• 应用场景：系统资源分配时，可通过调整优先级优化关键进程的执行效率。

（2）信号综合应用

• 参数位置：信号编号作为可选参数位于命令中间位置。
• 操作建议：推荐使用pkill作为通用解决方案，兼具kill和killall的功能优势。

5. 进程优先级

（1）Nice值概念

• 取值范围：Linux系统中Nice值的范围是-20到19，数值越小表示优先级越高。
• 默认值：当进程运行时未指定优先级，Nice值默认为0。
• 优先级关系：低的Nice值对应高的CPU优先级，例如-20的优先级高于19。

（2）Nice值查看方法

• 查看命令：使用ps -aXO PID,Nice或ps -lO PID,Nice命令。
• 示例输出：可以看到各进程的Nice值，如FTP进程通常显示为0。

（3）Nice值调整方法

• 启动时指定
  • 命令格式：nice -n <优先级值> <命令>。
  • 示例：nice -n -10 vim会以Nice值-10启动vim。
  • 特点：仅适用于新启动的进程。
• 运行中调整
  • 命令格式：renice <优先级值> -p <PID>。
  • 示例：renice -20 830将PID为830的进程优先级调整为-20。
  • 特点：可以实时修改已运行进程的优先级。

（4）Nice与renice的区别

• 应用时机：
  • nice：用于指定新启动进程的优先级。
  • renice：用于调整已运行进程的优先级。
• 实际效果：两者最终都能改变进程的CPU资源分配比例。

（5）优先级调整的意义

• 资源分配：通过调整Nice值可以让重要进程获得更多CPU资源。
• 系统优化：合理设置优先级可以优化系统性能，确保关键任务优先执行。

6. 应用案例

（1）例题:使用Nice调整程序优先级

• 优先级调整演示：
  • 初始状态：四个进程平等运行，各占25% CPU资源。
  • 调整过程：将进程三零七四的nice值设为-20（最高优先级）。
• 优先级效果验证：
  • 调整后：三零七四进程独占100% CPU资源。
  • 其他进程：共享剩余处理器资源。
  • 对比数据：从平均分配到优先级独占的明显变化。
• nice值作用原理：
  • 取值范围：-20（最高优先级）到19（最低优先级）。
  • 实际效果：值越小优先级越高，CPU分配比例越大。
  • 系统表现：高优先级进程可抢占多个处理器资源。
• 操作命令示例：
  • 设置优先级：nice -n -20 三零七四。
  • 终止进程：kill %1 %2 %3 %4（演示结束后的清理操作）。
• 实验结论：
  • 优先级调整对CPU资源分配有直接影响。
  • 合理设置nice值可优化多任务处理效率。
  • 系统管理员可通过nice值管理关键进程资源。

注：本案例通过实时系统演示验证了进程优先级的实际作用效果，展示了从初始状态到调整后的完整对比过程，包含具体的数值变化和系统响应表现。

7. 进程优先级管理

（1）Nice与cgroup的区别

• 功能差异：
  • Nice仅调整进程的CPU优先级（范围-20到19）。
  • cgroup可管理CPU、内存、磁盘IO等多维度资源。
• 应用场景：
  • Nice适合临时性优先级调整（如测试环境）。
  • cgroup适合长期资源分配（如生产环境服务/容器）。
• 权限控制：
  • root用户可自由调整nice值（包括提高优先级）。
  • 普通用户只能降低自身进程优先级（增大nice值）。

（2）后台进程管理

• 操作命令：
  • command &：直接后台运行。
  • Ctrl+Z：暂停并放入后台（相当于发送SIGTSTP信号）。
  • bg %n：将暂停的作业转为后台运行。
  • fg %n：将后台作业调至前台。
  • jobs：查看所有后台任务。
• 信号机制：
  • 后台暂停对应信号19（SIGSTOP）。
  • 前后台切换本质是信号控制过程。

（3）实时优先级系统

• 优先级体系对比
  • 动态优先级（平民）：
    • nice值范围：-20到19。
    • 数字越小优先级越高。
    • 共40个优先级级别。
  • 静态优先级（贵族）：
    • 实时优先级范围：1到99。
    • 数字越大优先级越高。
    • 动态优先级对其等效为0。
• 调度策略
  • FIFO策略：
    • 先进先出，独占式执行。
    • 类比：厕所独占使用模式。
  • RR策略：
    • 时间片轮转（默认100ms）。
    • 高优先级获得更长时间片。
    • 类比：轮流使用厕所的计时模式。
• 管理命令
  • chrt命令：
    • chrt -p <pid>：查看实时优先级。
    • chrt -f -p <priority> <pid>：设置为FIFO策略。
    • chrt -r -p <priority> <pid>：设置为RR策略。
• 注意事项：
  • 实时进程可能造成系统饥饿。
  • 需要root权限设置实时优先级。

8. 静态优先级

（1）静态优先级演示

• CPU核心数与优先级基础
  • CPU核心识别：在红帽5系统中，通过编号0、1、2、3确认系统有4个CPU核心。
  • top命令验证：运行top命令可查看CPU使用率，当CPU使用率达到100%时系统会出现明显卡顿。
• 先进先出(FIFO)调度策略
  • 优先级抢占机制：
    • 高优先级进程会抢占低优先级进程的资源。
    • 被抢占的进程会重新排队到优先级队列头部。
    • 当有进程结束时，队列头部的进程将获得运行机会。
  • 极端案例演示：
    • 设置4个FIFO优先级进程后系统完全卡死。
    • 说明FIFO进程未结束前其他进程无法获取资源。
    • 与普通优先级(nice)进程的区别：普通优先级下运行5个进程仍不会死机。
• 实时优先级设置
  • chrt命令语法：
    • chrt -f [优先级] [命令]：设置先进先出策略。
    • chrt -p [优先级] [PID]：修改已有进程优先级。
  • 优先级范围：1-99（数字越大优先级越高）。
• 优先级动态调整：
  • 更高优先级进程可以抢占正在运行的低优先级进程。
  • 被抢占进程会保留在队列最前面等待下次调度。
• 系统进程分类：
  • 实时进程：使用FIFO或RR策略。
  • 普通进程(Other)：动态优先级为0，相当于没有特权。
• 轮询(RR)调度策略
  • 时间片分配：
    • 相同优先级的RR进程采用轮询方式分配时间片。
    • 每个进程获得固定时间片（如5毫秒）。
  • 时间片耗尽处理：
    • 进程用完时间片后会被移到队列末尾。
    • 需等待其他进程运行完毕才能再次获得时间片。
  • 优先级影响：
    • 高优先级RR进程能获得更长的时间片。
    • 但不会像FIFO那样完全独占CPU资源。
• 系统进程优先级查看
  • PR值含义：
    • 在进程列表中PR字段表示进程的调度策略。
    • FIFO进程会有特殊标识。
  • 权限限制：
    • 某些系统进程不允许修改优先级。
    • 尝试修改时会出现"操作不被允许"提示。

（2）例题:实时优先级查看

• 实时优先级显示规则
  • PR值含义：在top命令中显示的PR值代表进程优先级，数字越小表示优先级越高。
  • 实时优先级标识：rt表示实时优先级，其优先级数值范围特殊。
  • 数值转换规则：
    • 系统显示值 = 140 - 设置值。
    • 例如：设置值为50时，系统显示为-51（140-50=90，但实际显示为-51，说明有特殊转换规则）。
    • 最高优先级：设置99显示为-100，设置98显示为-99。
  • Nice值关系：
    • Nice值-20对应PR值0。
    • Nice值-19对应PR值1。
    • 说明Nice值与PR值存在线性关系。
• 优先级显示特性
  • 显示与设置差异：
    • 人为设置值：1-99，数字越大优先级越高。
    • 系统显示值：数字越小优先级越高（如-99比-20优先级高）。
  • 取值范围：
    • 实时优先级最高显示值：-99。
    • 普通优先级范围：正数（如20表示低优先级）。

（3）例题:实时优先级设置

• chrt命令使用
  • 基本语法：chrt -f <优先级> <命令>。
  • -f 参数表示设置实时优先级。
  • 优先级范围：1-99。
• 设置问题：
  • 实验中出现设置失败情况（如chrt -f 11 md5sum /dev/zero）。
  • 原因：系统参数限制导致。
• 解决方案：
  • 需要调整系统参数后才能设置高优先级。
  • 成功案例：chrt -f 10 -p 3376（设置进程3376的优先级为10）。
• 优先级设置原理
  • 数值转换验证：
    • 设置50 → 显示-51。
    • 设置90 → 显示-91。
    • 设置99 → 显示-100（最高优先级）。
  • 系统限制：
    • 某些情况下无法直接设置最高优先级。
    • 需要先修改系统参数（具体参数未明确说明，但演示中通过调整后设置成功）。

（4）实时优先级的参数

• 实时优先级的时间分配
  • 默认值：系统默认分配给实时优先级的运行时间为0.095秒/秒（即95毫秒/秒），其余时间分配给普通进程。
  • 单位：参数rt_runtime_us以微秒为单位设置。
  • 保护机制：系统会限制实时优先级的运行时间，避免其耗尽所有CPU资源。
• 实时优先级的危险设置
  • 负一设置：将参数设为-1表示不限制实时优先级的运行时间。
  • 系统影响：
    • 可能导致系统资源被完全占用（特别是双核CPU环境）。
    • 红帽5系统会因此死机，红帽7及以上版本有保护机制。
    • 实际表现为系统响应几乎停滞。
• 实时优先级的类型
  • FIFO（先进先出）：
    • 进程必须完全执行完毕才会释放CPU。
    • 危险性较高，可能造成系统资源独占。
  • RR（轮询）：
    • 采用时间片轮转方式。
    • 相比FIFO更安全。
• 优先级范围：实时优先级范围为1-99，远高于普通进程的-20到19。
• 优先级比较规则
  • 绝对优势：任何实时优先级（1-99）都高于普通进程（视为0）。
  • 同类型比较：
    • 相同优先级时，FIFO高于RR。
    • 不同优先级时，数值大的优先级更高（如RR12 > FIFO11）。
• 系统默认配置
  • 系统进程：部分关键系统进程默认配置为FIFO 99优先级。
  • 查看方法：使用chrt -p <PID>命令查看进程的调度策略和优先级。
  • 设计目的：确保核心系统功能不受应用程序影响。
• 服务配置方法
  • 配置文件：/etc/systemd/system/<service>.service.d/*.conf。
  • 配置语法：在[Service]段添加CPUAccounting=1和CPUSchedulingPolicy=fifo|rr。
  • 持久化：通过systemd配置可实现开机自动应用优先级设置。
• 使用注意事项
  • 安全建议：生产环境慎用实时优先级，特别是FIFO策略。
  • 故障恢复：错误设置可能导致系统无法响应，需强制重启。
  • 资源平衡：需要合理分配实时优先级的时间配额，避免系统资源耗尽。

9. 进程优先级设置问题解析

（1）Nice值与PR值的关系

• Nice值转换规则：
  • 当Nice值设为0时，PR值显示为20。
  • Nice值设为-20时，PR值对应为0。
  • Nice值设为10时，PR值显示为-10。
  • 示例：设置Nice为98时，PR值显示为-99。
• 优先级判断标准：
  • 系统最终比较的是PR值（优先级数值），而非Nice值。
  • PR值越小表示优先级越高（如-99比0优先级高）。
  • 单纯比较Nice值可能得出错误结论，必须通过PR值判断。

（2）优先级设置实例

• 设置验证：
  • 设置Nice为-20 → PR值显示0（最高优先级）。
  • 设置Nice为0 → PR值显示20（默认优先级）。
  • 设置Nice为20 → PR值显示-20（最低优先级）。
• 调度影响：
  • 高优先级进程（PR值小的）会获得更多CPU时间片。
  • 系统会优先运行PR值较小的进程。
  • 静态优先级最终都反映在PR值上。

（3）常见问题解答

• 显示异常解释：
  • 设置98显示-99属于正常现象，这是Nice值到PR值的转换结果。
  • 默认Nice值为-1时对应特定PR值。
• 注意事项：
  • 先进先出(FIFO)调度策略不会改变Nice值。
  • 优先级比较必须通过PR值进行，这是系统最终采用的优先级标准。
  • 修改Nice值实质是通过影响PR值来改变进程优先级。

三、文件系统管理

1. 文件系统的构成

（1）基本组成结构

• 双组件结构：文件系统由两部分组成，分别是inode（索引节点）和block（数据块）。
• 功能分工：
  • inode存储元数据（metadata）。
  • block存储实际数据内容（如"hello world"等具体数据）。

（2）inode详解

• 全称解释：inode是"index disk node"的缩写，本质是文件的索引结构。
• 存储内容：
  • 文件大小、权限信息。
  • 三个时间戳（atime访问时间、mtime修改时间、ctime状态变更时间）。
  • 文件类型。
    -数据块指针（指向实际存储位置的指针）
• 注意：文件名不存储在inode中，而是记录在目录的inode里

（3）文件操作原理

• 操作本质：大多数文件操作实际上是对inode的操作而非数据块。
• 示例1：快照功能通过操作inode实现快速创建。
• 示例2：备份系统通过检查mtime/ctime判断文件是否需要备份。
• 示例3：删除文件时仅删除inode，数据块仍保留（因此可能恢复）。

（4）快照技术原理

• COW机制：Copy-On-Write（写时复制）是快照的核心技术。
• 工作流程：
  1. 创建快照时备份inode信息。
  2. 当修改文件时，先将原数据块复制到COW专用区域。
  3. 新数据写入原位置，inode指针更新指向新数据。
  4. 快照保持指向COW区域的旧数据。
• 优势：保证数据一致性且不影响性能。

（5）文件识别机制

• 双重标识系统：
  • 人类通过文件名识别文件。
  • 系统通过inode编号（可通过ls -li查看）识别文件。
• 编号规则：
  • 每个文件系统有独立的inode编号体系。
  • 跨分区复制文件会生成新的inode编号。
  • 同分区内复制也会分配新inode（采用"补缺"机制而非"增补"）。

（6）重要特性说明

• 关键限制：
  • 文件系统的inode数量在格式化时固定。
  • 每个inode占用512字节空间。
  • 当inode耗尽时即使有剩余空间也无法创建新文件。
• 恢复限制：
  • 删除文件后若新文件占用相同inode，原数据将永久丢失。
  • 设计原理：避免已删除文件持续占用存储空间。

2. 应用案例

（1）例题:文件操作

• 同分区文件移动原理：
  • 当文件在同一个分区内移动时（如从/data目录剪切到/rehead目录），索引号870692保持不变。
  • 原因：实际只移动了目录索引，数据块未发生物理移动。
  • 优势：即使移动10GB大文件也仅需1秒，因为仅修改目录索引信息。
• 目录索引机制：
  • 文件名的索引记录在所属目录的索引信息中。
  • 每个目录都有独立的索引结构。
  • 移动操作实质是修改父目录的索引指向。
• 跨分区移动特性：
  • 当文件跨分区移动（如从/rehead到/boot）时：
    • 索引号必定改变（使用目标分区的索引机制）。
    • 实际执行"复制+删除"操作。
    • 数据块会发生物理复制。

（2）例题:命令操作

• 硬链接原理：
  • 创建命令：ln 源文件 硬链接文件。
  • 特征：
    • 索引号与源文件相同（如示例中均为870692）。
    • 链接计数会增加（如从1变为2）。
    • 修改任一链接都会同步内容。
    • 删除源文件不影响其他硬链接访问。
  • 硬链接限制：
    • 不能跨分区创建（因不同分区索引系统独立）。
    • 本质是给同一数据块创建多个目录入口。
• 软链接特性：
  • 创建命令：ln -s 源文件 软链接文件。
  • 与硬链接的区别：（原文未详细说明具体区别）
• 应用场景选择：
  • 需要保证文件持续可用 → 硬链接。
  • 需要跨分区引用 → 软链接。
  • 需要节省存储空间 → 软链接。