Linux下进程信息的深入分析

这里我们主要介绍进程的状态，进程的状态可以通过/proc/PID/status来查看,也可以通过/proc/PID/stat来查看。
如果说到工具大家用的最多的ps也可以看到进程的信息。这里我们通过/proc/PID/status来分析进程的信息。
在2.6.18之后的内核，多了capibilty/cpusets等信息.

查看进程状态信息如下:
more status
Name: rsyslogd
State: S (sleeping)
Tgid: 987
Pid: 987
PPid: 1
TracerPid: 0
Uid: 0 0 0 0
Gid: 0 0 0 0
Utrace: 0
FDSize: 32
Groups:
VmPeak: 36528 kB
VmSize: 36528 kB
VmLck: 0 kB
VmHWM: 1432 kB
VmRSS: 1420 kB
VmData: 33980 kB
VmStk: 88 kB
VmExe: 320 kB
VmLib: 2044 kB
VmPTE: 56 kB
VmSwap: 0 kB
Threads: 3
SigQ: 1/7954
SigPnd: 0000000000000000
ShdPnd: 0000000000000000
SigBlk: 0000000000000000
SigIgn: 0000000001001206
SigCgt: 0000000180014c21
CapInh: 0000000000000000
CapPrm: ffffffffffffffff
CapEff: ffffffffffffffff
CapBnd: ffffffffffffffff
Cpus_allowed: 3
Cpus_allowed_list: 0-1
Mems_allowed: 1
Mems_allowed_list: 0
voluntary_ctxt_switches: 1
nonvoluntary_ctxt_switches: 0

Name: rsyslogd
解释:进程名

State: S (sleeping)
解释:进程的状态我们前文已经做了很详细的分析，各进程的状态代表的意义如下:
R (running)", "S (sleeping)", "D (disk sleep)", "T (stopped)", "T(tracing stop)", "Z (zombie)", or "X (dead)"

Tgid: 987
解释:Tgid是线程组的ID,一个线程一定属于一个线程组(进程组).

Pid: 987
解释:这个是进程的ID,更准确的说应该是线程的ID.
例如:
UID PID PPID LWP C NLWP STIME TTY TIME CMD
root 987 1 987 0 3 00:18 ? 00:00:00 /sbin/rsyslogd -c 4
root 987 1 989 0 3 00:18 ? 00:00:00 /sbin/rsyslogd -c 4
root 987 1 990 0 3 00:18 ? 00:00:00 /sbin/rsyslogd -c 4

注:
/proc/pid/status中的Pid就是ps命令的LWP列输出,PID一列其实是进程组,而LWP是轻量级进程,也就是线程,因为所有的进程必须一个线程,那就是它自己.

PPid: 1
解释:当前进程的父进程

TracerPid: 0
解释:跟踪当前进程的进程ID,如果是0,表示没有跟踪.
例如:
用strace跟踪top程序
strace top

查看top进程
ps -axjf
PPID PID PGID SID TTY TPGID STAT UID TIME COMMAND
2491 2500 2500 2491 pts/2 2500 S+ 0 0:00 \_ strace top
2500 2501 2500 2491 pts/2 2500 S+ 0 0:00 \_ top

查看top进程的TracerPid位
cat /proc/2501/stat
stat statm status
test1:/proc/2431# cat /proc/2501/status
Name: top
State: S (sleeping)
Tgid: 2501
Pid: 2501
PPid: 2500
TracerPid: 2500

Uid: 0 0 0 0
Gid: 0 0 0 0
解释:
第一列数字(RUID):实际用户ID,指的是进程执行者是谁.
第二列数字(EUID):有效用户ID,指进程执行时对文件的访问权限.
第三列数字(SUID):保存设置用户ID,作为effective user ID的副本,在执行exec调用时后能重新恢复原来的effectiv user ID.
第四列数字(FSUID):目前进程的文件系统的用户识别码.一般情况下,文件系统的用户识别码(fsuid)与有效的用户识别码(euid)是相同的.
这里重点说明RUID和EUID,我们用test用户启动top,如下:
终端1)
su - test
top

查看该进程的EUID和RUID,如下:
终端2)
cat /proc/`pgrep top|grep -v grep`/status
前面略
Uid: 1002 1002 1002 1002
Gid: 1003 1003 1003 1003
后面略

注:这里我们看到进程的RUID和EUID都变成了1002.

我们将程序top加上setuid权限,如下:
chmod +s /usr/bin/top

重新运行top程序,并查看它的RUID和EUID,如下:
cat /proc/`pgrep top|grep -v grep`/status
前面略
Uid: 1002 0 0 0
Gid: 1003 0 0 0
后面略

注:我们看到RUID还是1002,说明程序是由test用户(UID=1002)启动的,而程序设定了setuid,那么在程序运行时是用程序的owner权限来运行程序,而不是启动的用户权限.
由于top的owner是root,那么它的EUID是0.

FDSize: 32
解释:
FDSize是当前分配的文件描述符,这个值不是当前进程使用文件描述符的上限.
我们看到这里是32,但实际并没有分配32个文件,如下:
ls -l /proc/`pgrep rsyslogd|grep -v grep`/fd
total 0
lrwx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 0 -> socket:[5741]
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 1 -> /var/log/auth.log
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 10 -> /var/log/mail.err
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 11 -> /var/log/news/news.crit
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 12 -> /var/log/news/news.err
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 13 -> /var/log/news/news.notice
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 14 -> /var/log/debug
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 15 -> /var/log/messages
lrwx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 16 -> /dev/xconsole
lr-x------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 17 -> /proc/kmsg
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 2 -> /var/log/syslog
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 3 -> /var/log/daemon.log
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 4 -> /var/log/kern.log
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 5 -> /var/log/lpr.log
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 6 -> /var/log/mail.log
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 7 -> /var/log/user.log
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 8 -> /var/log/mail.info
l-wx------ 1 root root 64 2011-04-20 20:03 9 -> /var/log/mail.warn
我们看到这里只用到了18个文件描述符.而如果超过32个文件描述符,将以32进行递增,如果是64位系统,将以64进行递增.
FDSize这个值不会减少,如果我们程序打开了300个文件,并不会因为关闭文件,而减少FDSize这个值.

Groups: 0
解释:
这里的groups表示启动这个进程的用户所在的组.
我们当前的用户test,现在在两个组(1000,2000)里面,如下:
id
uid=1002(test) gid=1002(nagcmd) groups=1000(chenkuo),1002(nagcmd)

用test用户启动top程序,并查看它的groups,如下:
终端1
top

终端2
cat /proc/`pgrep top|grep -v grep`/status
截取信息如下:
Groups: 1000 1002
VmPeak: 36528 kB
解释:这里的VmPeak代表当前进程运行过程中占用内存的峰值.
我们用下面的程序申请内存,然后释放内存,最后通pause()函数中止程序的运行,程序源码如下:

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
exit (0);

size_t mb = strtoul(argv[1],NULL,0);

size_t nbytes = mb * 0x100000;
char *ptr = (char *) malloc(nbytes);
if (ptr == NULL){
perror("malloc");
exit (EXIT_FAILURE);
}

printf("allocated %d mb\n", mb);
free(ptr);
pause();
return 0;
}

gcc callmem.c -o callmem

./callmem 10
allocated 10 mb

终端2
我们打开status文件,查看VmPeak值,如下:
cat /proc/`pgrep callmem|grep -v grep`/status
Name: callmem
State: S (sleeping)
Tgid: 2930
Pid: 2930
PPid: 2831
TracerPid: 0
Uid: 1002 1002 1002 1002
Gid: 1002 1002 1002 1002
FDSize: 256
Groups: 1000 1002
VmPeak: 11852 kB
VmSize: 1608 kB
VmLck: 0 kB
VmHWM: 396 kB
VmRSS: 396 kB
VmData: 28 kB
VmStk: 84 kB
VmExe: 4 kB
VmLib: 1468 kB
VmPTE: 12 kB
下面略
注:我们看到程序申请了10240kb(10MB)的内存,VmPeak的值为11852kb,为什么不是10MB呢,因为除了我们申请的内存外,程序还会为加载动态链接库而占用内存.

VmSize: 36528 kB
解释:VmSize代表进程现在正在占用的内存
这个值与pmap pid的值基本一致,如果略有不同,可能是内存裂缝所造成的.

VmLck: 0 kB
解释:VmLck代表进程已经锁住的物理内存的大小.锁住的物理内存不能交换到硬盘.
我们用下面的程序进行测试,如下:
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>

int main(int argc, char* argv[])
{
char array[2048];

if (mlock((const void *)array, sizeof(array)) == -1) {
perror("mlock: ");
return -1;
}

printf("success to lock stack mem at: %p, len=%zd\n", array, sizeof(array));

sleep(60);
if (munlock((const void *)array, sizeof(array)) == -1) {
perror("munlock: ");
return -1;
}

printf("success to unlock stack mem at: %p, len=%zd\n", array, sizeof(array));

return 0;
}

编译后运行:
gcc memlock.c -o memlock

我们这里将2048个字节的数组地址空间锁定到了物理内存中.
接下来我们看下Vmlck值的变化,如下:
cat /proc/`pgrep memlock|grep -v grep`/status
Name: memlock
State: S (sleeping)
Tgid: 3249
Pid: 3249
PPid: 3139
TracerPid: 0
Uid: 0 0 0 0
Gid: 0 0 0 0
FDSize: 256
Groups: 0
VmPeak: 1624 kB
VmSize: 1608 kB
VmLck: 4 kB
VmHWM: 356 kB
VmRSS: 356 kB
VmData: 28 kB
VmStk: 84 kB
VmExe: 4 kB
VmLib: 1468 kB
VmPTE: 16 kB

我们看到Vmlck的值为4Kb,这是因为分配的最少单位是4KB,以后每次递增都是4KB的整数倍.

VmHWM: 1432 kB
VmRSS: 1420 kB
解释:
VmHWM是程序得到分配到物理内存的峰值.
VmRSS是程序现在使用的物理内存.
我们用下面的程序进行测试,如下:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>

int main (int argc, char *argv[])
{
if (argc != 2)
exit (0);

size_t mb = strtoul(argv[1],NULL,0);

size_t nbytes = mb * 0x100000;
char *ptr = (char *) malloc(nbytes);
if (ptr == NULL){
perror("malloc");
exit (EXIT_FAILURE);
}

size_t i;
const size_t stride = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
for (i = 0;i < nbytes; i+= stride) {
ptr[i] = 0;
}

printf("allocated %d mb\n", mb);
pause();
return 0;
}
编译:
gcc callmem.c -o test
注意这个程序在每页都修改一个字节的数据,导致系统必须为它分配占用物理内存.

首先我们查看当前的内存,如下:
free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 503 18 484 0 0 5
-/+ buffers/cache: 12 490
Swap: 7632 7 7624

我们看到当前有490MB的空闲物理内存.
运行callmem分配450MB的物理内存,如下:
./test 450&
[1] 2402
allocated 450 mb

我们查看进程的VmHWM和VmRSS,如下:
cat /proc/`pgrep test`/status
略
VmHWM: 461208 kB
VmRSS: 461208 kB
略
我们看到此时VmHWM和VmRSS是一样的,表示占用了460MB左右的物理内存(因为它会用到动态链接库等).

下面我们查看当前的内存使用情况,如下:
free -m
total used free shared buffers cached
Mem: 503 470 33 0 0 6
-/+ buffers/cache: 463 40
Swap: 7632 7 7625

我们看到还有40MB空闲物理内存.
我们下面再申请100MB的内存,此时系统会通过物理内存和SWAP的置换操作,把第1次运行的test进程所占用的物理内存置换到SWAP,把空出来的物理内存分配给第2次运行的程序,如下:
mv test test1
./test1 100&
[1] 2419
allocated 100 mb

再次查看test进程所占用的物理内存,如下:
cat /proc/`pgrep test`/status
略
VmHWM: 461208 kB
VmRSS: 386704 kB
略

最后我们看到VmHWM没有变化,因为它表示的是该进程所占用物理内存的峰值,不会因为把内存置换到SWAP,而做改变.
而VmRSS则由461208KB变成了386704KB,说明它占用的物理内存因为置换所以减少.

VmData: 33980 kB
VmStk: 88 kB
VmExe: 320 kB
VmLib: 2044 kB

解释:
VmData:表示进程数据段的大小.
VmStk:表示进程堆栈段的大小.
VmExe:表示进程代码的大小.
VmLib:表示进程所使用LIB库的大小.

关于代码段,堆栈段,数据段:
代码段可以为机器中运行同一程序的数个进程共享
堆栈段存放的是子程序（函数）的返回地址、子程序的参数及程序的局部变量
数据段则存放程序的全局变量、常数以及动态数据分配的数据空间（比如用malloc函数申请的内存）
与代码段不同，如果系统中同时运行多个相同的程序，它们不能使用同一堆栈段和数据段.

注意:
堆栈段代表的是程序中的堆区(stack),堆区一般是编译器自动分配释放的.
我们用malloc申请的内存,它占用的其实是栈区(heap),栈区一般是程序员自已分配释放的,而栈区在这里属于数据段,所以我们看到上面测试程序通过调用malloc函数后,VmData一值有了很大的变化.

VmPTE: 56 kB
VmSwap: 0 kB

VmPTE: 56 kB
解释:
占用的页表的大小.

VmSwap: 0 kB
解释:
进程占用Swap的大小.

Threads: 3
解释:
表示当前进程组有3个线程.

SigQ: 1/7954
解释:
表示当前待处理信号的个数,我们用下面和程序进行测试,如下:
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <stdlib.h>
#include <signal.h>
#include <unistd.h>

volatile int done = 0;

void handler (int sig)
{
const char *str = "handled...\n";
write (1, str, strlen(str));
done = 1;
}

void child(void)
{
int i;
for (i = 0; i < 3; i++){
kill(getppid(), SIGRTMIN);
printf("child - BANG!\n");
}
exit (0);
}

int main (int argc, char *argv[])
{
signal (SIGRTMIN, handler);
sigset_t newset, oldset;

sigfillset(&newset);
sigprocmask(SIG_BLOCK, &newset, &oldset);

pid_t pid = fork();
if (pid == 0)
child();

printf("parent sleeping \n");

int r = sleep(30);

printf("woke up! r=%d\n", r);

sigprocmask(SIG_SETMASK, &oldset, NULL);

while (!done){
};

printf("exiting\n");
exit(0);
}

编译:
gcc sig.c -o sig
本程序会发达三次信号,此后进入sleep,我们可以在这期间来查看待处理信号的个数,如下:
./sig
parent sleeping
child - BANG!
child - BANG!
child - BANG!
woke up! r=0
handled...
handled...
handled...
exiting

cat /proc/`pgrep sig`/status
略
SigQ: 4/4294967295
略

我们发送了三次信号,这里为什么是4呢,因为我们用了fork派生了子进程,子进程结束后会发送SIGCHLD信号.所以这里有4个信号待处理.

SigPnd: 0000000000000000
ShdPnd: 0000000000000000
SigBlk: 0000000000000000
SigIgn: 0000000001001206
SigCgt: 0000000180014c21
解释:
SigPnd:屏蔽位,存储了该线程的待处理信号,等同于线程的PENDING信号.
ShnPnd:屏蔽位,存储了该线程组的待处理信号.等同于进程组的PENDING信号.
SigBlk:存放被阻塞的信号,等同于BLOCKED信号.
SigIgn:存放被忽略的信号,等同于IGNORED信号.
SigCgt:存放捕获的信号,等同于CAUGHT信号.

CapInh: 0000000000000000
CapPrm: ffffffffffffffff
CapEff: ffffffffffffffff
CapBnd: ffffffffffffffff
解释:
CapEff:当一个进程要进行某个特权操作时,操作系统会检查cap_effective的对应位是否有效,而不再是检查进程的有效UID是否为0.
CapPrm:表示进程能够使用的能力,在cap_permitted中可以包含cap_effective中没有的能力，这些能力是被进程自己临时放弃的,也可以说cap_effective是cap_permitted的一个子集.
CapInh:表示能够被当前进程执行的程序继承的能力.
CapBnd:是系统的边界能力,我们无法改变它.

Cpus_allowed: 3
Cpus_allowed_list: 0-1
解释:
Cpus_allowed:3指出该进程可以使用CPU的亲和性掩码,因为我们指定为两块CPU,所以这里就是3,如果该进程指定为4个CPU(如果有话),这里就是F(1111).
Cpus_allowed_list:0-1指出该进程可以使用CPU的列表,这里是0-1.
Mems_allowed: 1
Mems_allowed_list: 0
内存同CPU一样,进程rsyslogd只是使用了结点0的内存资源.

我们这里调整该进程到CPU0,如下:
taskset -p 1 987
pid 987's current affinity mask: 3
pid 987's new affinity mask: 1

cat /proc/987/status
略
Cpus_allowed: 1
Cpus_allowed_list: 0
Mems_allowed: 1
Mems_allowed_list: 0
注:我们看到Cpus_allowed/Cpus_allowed_list较之前有了变化.Cpus_allowed由3变成了1.表明我们只会用CPU0.

voluntary_ctxt_switches: 1
nonvoluntary_ctxt_switches: 0

voluntary_ctxt_switches表示进程主动切换的次数.
nonvoluntary_ctxt_switches表示进程被动切换的次数.

首先查看一下当前进程,如下:
echo $$
1544

执行如下命令:
while ((1)); do echo 1; sleep 1; done

查看该进程的主动切换与被动切换,如下:
cat status
略
voluntary_ctxt_switches: 949
nonvoluntary_ctxt_switches: 55
我们看到主动切换和被动切换有了明显的变化.