工作5年，我总结了这些分析Linux进程的方法，全都告诉你。 进程是学计算机的人都要接触的基本概念，抛开那些纯理论的操作系统底层实现，在Linux下做软件开发这么多年，每次程序运行出现问题，都要一步一步分析进程各种状态，去排查问题出在哪里，这次lemon带你在Linux环境下实操，探究Linux进程的那些秘密。 ## 何为进程 首先我们说下程序的概念，程序是一些保存在磁盘上的指令的有序集合，是静态的。进程是程序执行的过程，包括了动态创建、调度和消亡的整个过程，它是程序资源管理的最小单位。 线程是操作操作系统能够进行运算调度的最小单位。大部分情况下，它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位「引用维基百科」。一个进程内可以包含多个线程。 认识进程第一步，找到进程PID ( Process IDentity )。 ## ps `report a snapshot of the current processes.` 列出当前系统进程的一个快照报告。 最基本的当然是ps这个命令啦，这个大家应该都知道，小白别以为是Photoshop哈，不知道我下面给大家简单介绍一下，一般用法是`ps -ef`列出系统内经常信息，通常都会带管道`grep`出自己感兴趣的进程，像这样`ps -ef|grep intresting`第一列PID代表进程号，PPID（parent process ID）代表父进程号。 ``` $ps -ef UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD root 1 0 0 2018 ? 00:04:22 /sbin/init root 2 0 0 2018 ? 00:00:00 [kthreadd] root 3 2 0 2018 ? 00:00:29 [ksoftirqd/0] root 5 2 0 2018 ? 00:00:00 [kworker/0:0H] root 7 2 0 2018 ? 00:02:05 [migration/0] root 8 2 0 2018 ? 00:00:00 [rcu_bh] root 9 2 0 2018 ? 00:00:00 [rcuob/0] root 10 2 0 2018 ? 00:00:00 [rcuob/1] ``` 认识进程第二步，让我看看你都交了哪些朋友（系统调用）。 ## strace `strace - trace system calls and signals` 跟踪进程内部的系统调用和信号 `strace`后面跟着启动一个进程，你就可以跟踪启动后进程的系统调用和信号，有了这个命令可以看到进程执行时候都调用了哪些系统调用，通过指定不同的选项可以输出系统调用发生的时间，精度可以精确到微秒，甚至还可以统计分析系统调用的耗时，这在排查进程假死问题的时候很有用，能帮你发现进程卡在哪个系统调用上。已经在运行的进程也可以指定`-p`参数加`pid`像`gdb attach`那样附着上去跟踪。 > 什么是系统调用？**系统调用**（英语：system call），指运行在「用户态」的程序向操作系统「内核态」请求需要更高权限运行的服务。系统调用提供用户程序与操作系统之间的接口。 ```shell $strace ./time_test access("/usr/local/sa/agent/log/execOn", F_OK) = 0 readlink("/proc/3768/exe", "/usr/bin/strace", 2047) = 15 getuid() = 560 getppid() = 3767 open("/proc/3767/cmdline", O_RDONLY) = 3 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0444, st_size=0, ...}) = 0 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f78d088b000 read(3, "strace\0./time_test\0", 9216) = 19 read(3, "", 9216) = 0 close(3) = 0 munmap(0x7f78d088b000, 4096) = 0 getcwd("/data/linlongchen/test", 511) = 23 ioctl(0, SNDCTL_TMR_TIMEBASE or TCGETS, {B38400 opost isig icanon echo ...}) = 0 readlink("/proc/self/fd/0", "/dev/pts/92", 4095) = 11 socket(PF_FILE, SOCK_DGRAM, 0) = 3 fcntl(3, F_GETFL) = 0x2 (flags O_RDWR) fcntl(3, F_SETFL, O_RDWR|O_NONBLOCK) = 0 fcntl(3, F_GETFD) = 0 fcntl(3, F_SETFD, FD_CLOEXEC) = 0 sendto(3, "\0\0\0\4\0\0\0\266\0\v./time_test\0\16./time_te"..., 182, 0, {sa_family=AF_FILE, path="/usr/local/sa/agent/log/agent_cmd.sock"}, 40) = 182 close(3) = 0 execve("./time_test", ["./time_test"], [/* 30 vars */]) = 0 brk(0) = 0xe31000 mmap(NULL, 4096, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f5a3ac9a000 access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = 0 open("/etc/ld.so.preload", O_RDONLY) = 3 fstat(3, {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=18, ...}) = 0 mmap(NULL, 18, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f5a3ac99000 ``` ``` $strace -c ./time_test time: 2020-03-26 20:20:17 % time seconds usecs/call calls errors syscall ------ ----------- ----------- --------- --------- ---------------- -nan 0.000000 0 10 read -nan 0.000000 0 1 write -nan 0.000000 0 42 32 open -nan 0.000000 0 11 close -nan 0.000000 0 12 12 stat -nan 0.000000 0 12 fstat -nan 0.000000 0 1 lseek -nan 0.000000 0 26 mmap -nan 0.000000 0 11 mprotect -nan 0.000000 0 4 munmap -nan 0.000000 0 3 brk -nan 0.000000 0 1 ioctl -nan 0.000000 0 2 access -nan 0.000000 0 1 socket -nan 0.000000 0 1 sendto -nan 0.000000 0 1 execve -nan 0.000000 0 4 fcntl -nan 0.000000 0 1 getcwd ------ ----------- ----------- --------- --------- ---------------- ``` 认识进程第三步，让我看看你带的小弟们（线程）。 ## pstack `print a stack trace of a running process` 打印出运行中程序的堆栈信息。 执行命令`pstack pid` 你能看到当前线程运行中的堆栈信息，其中的pid可用之前的`ps`命令获得，`pstack`可以看到进程内启动的线程号，每个进程内线程的堆栈内容也能看到。 ```shell $ pstack 11822 Thread 4 (Thread 0x7f1eab4ec700 (LWP 11838)): #0 0x00007f1eb69a0bb3 in select () from /lib64/libc.so.6 Thread 3 (Thread 0x7f1eaaceb700 (LWP 11839)): #0 0x00007f1eb69a0bb3 in select () from /lib64/libc.so.6 Thread 2 (Thread 0x7f1eaa4ea700 (LWP 11840)): #0 0x00007f1eb69a9d23 in epoll_wait () from /lib64/libc.so.6 Thread 1 (Thread 0x7f1eb825c400 (LWP 11822)): #0 0x00007f1eb69a9d23 in epoll_wait () from /lib64/libc.so.6 #1 0x000000000043ab14 in PollerWraper::WaitPollEvents (this=0x1ca4790, timeout=-1) at ../comm/pollwraper.cpp:11 ``` 看到上面打印出的LWP了吗，这里是个知识点， LPW是指`Light-weight process` 轻量级线程。引申知识： > 1. Linux中没有真正的线程 > 2. Linux中没有的线程`Thread`是由进程来模拟实现的所以称作：轻量级进程 > 3. 进程是分配资源（资源管理）的最小单元，线程是调度资源（程序执行）的最小单元（这里不考虑协程） 认识进程第四步，让小弟们（线程）出来排个队。 ## pstree `pstree - display a tree of processes` pstree按树形结构打印运行中进程结构信息 可以直观的查看进程和它启动的线程的关系，并能显示进程标识。 ``` pstree -p 11822 query_test(11822)-+-{query_test}(11838) |-{query_test}(11839) `-{query_test}(11840) ``` 认识线程第五步，是死（进程崩溃）是活（进程运行中）我都要知道你的秘密。 ## gdb gdb是GNU开发的gcc套件中Linux下程序调试工具，你可以查看程序的堆栈、设置断点、打印程序运行时信息，甚至还能调试多线程程序，功能十分强大。 在这里把gdb当成一个命令来讲有点大材小用了，要详细说gdb的话，完全可以撑起一篇文章的篇幅，这里长话短说，有机会再开一篇文章详细介绍下它。 ### 使用 要用gdb调试C/C++程序首先编译的时候要加`-g`选项，`g++ -g test.cpp -o test`这样生成的程序就可以用gdb来调试啦。 1. 可以直接用gdb启动程序调试，命令：`gdb prog` 2. 用gdb附着到一个已经启动的进程上调试也可以。命令：`gdb prog pid` 3. 程序崩溃之后参数corefile也可以用gdb调试，看看程序死掉之前留了什么遗言（堆栈信息）给你。命令：`gdb prog corefile`，这里有一点需要注意，有些Linux系统默认程序崩溃不生成`corefile`，这时你需要`ulimit -c unlimited`这样就能生成`corefile`了。 ```shell (gdb) attach 22861 (gdb) info threads // 查看线程信息, *代表当前调试的线程 5 Thread 0x881fbb70 (LWP 22876) 0x007da424 in __kernel_vsyscall () 4 Thread 0x86ef8b70 (LWP 22877) 0x007da424 in __kernel_vsyscall () 3 Thread 0x864f7b70 (LWP 22878) 0x007da424 in __kernel_vsyscall () 2 Thread 0x85af6b70 (LWP 22879) 0x007da424 in __kernel_vsyscall () * 1 Thread 0x93a9c6d0 (LWP 22861) 0x007da424 in __kernel_vsyscall () (gdb) bt //显示调用堆栈bt -- Print backtrace of all stack frames #0 0x007da424 in __kernel_vsyscall () #1 0x05a1b996 in nanosleep () from /usr/local/lib/libc.so.6 #2 0x05a55aec in usleep () from /usr/local/lib/libc.so.6 #3 0x93ad4ad6 in WaitForExit () at test.cpp:242 #4 0x0807c5da in main (argc=1, argv=0xbffa92f4) at /test/main.cpp:58 (gdb) thread apply 1 bt //切换到线程1 Thread 1 (Thread 0x93a9c6d0 (LWP 22861)): #0 0x007da424 in __kernel_vsyscall () #1 0x05a1b996 in nanosleep () from /usr/local/lib/libc.so.6 #2 0x05a55aec in usleep () from /usr/local/lib/libc.so.6 #3 0x93ad4ad6 in WaitForExit () at Vos.cpp:242 #4 0x0807c5da in main (argc=1, argv=0xbffa92f4) at /test/main.cpp:58 ``` 认识进程第六步，关于你的所有，我都想知道。 ## 更近一步 通过/proc/pid文件了解进程的运行时信息和统计信息。/proc系统是一个伪文件系统，它只存在内存当中，而不占用外存空间，以文件系统的方式为内核与进程提供通信的接口。进入系统/proc目录： ![proc目录](F:\github\lemonchann.github.io\_posts\linux\linux工具系列\proc目录.png) /proc目录下有很多以数字命名的目录，每个数字代表进程号PID它们是进程目录。系统中当前运行的每一个进程在/proc下都对应一个以进程号为目录名的目录/proc/pid，它们是读取进程信息的接口，我们可以进到这个文件里面，了解进程的运行时信息和统计信息。 ### 高频使用统计 `/proc/pid`目录下的有一些重要文件，挑几个使用频率高的讲一讲。 `/proc/pid/environ` 包含了进程的可用环境变量的列表 。程序出问题了如果不确定环境变量是否设置生效，可以`cat`这个文件出来查看确认一下。 `/proc/pid/fd/` 这个目录包含了进程打开的每一个文件的链接。从这里可以查看进程打开的文件描述符信息，包括标准输入、输出、错误流，进程打开的`socket`连接文件描述符也能看到，`lsof`命令也有类似的作用。 `/proc/pid/stat`包含了进程的所有状态信息，进程号、父进程号、 线程组号、 该任务在用户态运行的时间 、 该任务在用内核态运行的时间、 虚拟地址空间的代码段、 阻塞信号的位图等等信息应有尽有。 ### 其他统计 /proc/pid/cmdline 包含了用于开始进程的命令 /proc/pid/cwd包含了当前进程工作目录的一个链接 /proc/pid/exe 包含了正在进程中运行的程序链接 /proc/pid/mem 包含了进程在内存中的内容 /proc/pid/statm 包含了进程的内存使用信息 ## reference https://man.linuxde.net/gdb https://blog.csdn.net/dan15188387481/article/details/49450491 https://blog.csdn.net/m0_37925202/article/details/78759408 https://blog.csdn.net/enweitech/article/details/53391567