文章目录

计算机的基本组成
- 1、计算机组成五大部件
- 2、系统总线
- 3、指令
进程
- 1、PID
- 2、PCB
- 3、进程状态
- 4、进程管理命令
- - （1）ps
  - （2）pstree
  - （3）jobs
  - （4）&
  - （5）fg bg
  - （6）kill
  - （7）pkill
  - （8）killAll
  - （9）top
  - （10）pidstat
- 5、生产环境服务器变慢，诊断思路和性能评估

计算机的基本组成

1、计算机组成五大部件

运算器：也叫算数逻辑单元，完成对数据的各种常规运算，如加减乘除，也包括逻辑运算，移位，比较等。
控制器：它是整个计算机系统的控制中心，它指挥计算机各部分协调地工作，保证计算机按照预先规定的目标和步骤有条不紊地进行操作及处理。
存储器：存储程序和各种数据。
输入设备：把人所熟悉的信息如，图片，声音，文字，转换为计算机能够识别的信息存储起来。
输出设备 : 把计算机机能识别的信息转换为人能识别的信息，进行呈现。一台计算机可以抽象成下图： CPU 中包含控制器和运算器，内存就是存储器。I/O 设备就是输入设备和输出设备，如：键盘、显示器、鼠标、硬盘、网卡。

2、系统总线

(1)数据总线：用来在各个功能部件中间传输数据，是双向传输总线
(2) 地址总线：用来指出数据总线上的源数据或目的数据在主存单元的地址或 io 设备的地址。
(3) 控制总线：由于各个连接在数据总线和地址总线的部件都是共享这两类总线的，那么在某一时刻由谁来使用，就是控制总线负责完成的。

3、指令

(1) 指令：是指示计算机执行某种操作的命令。一条指令通常由两部分构成：地址码和操作码。
(2) 程序：由一条一条的指令构成。
(3) 指令周期：cpu 每取出并执行一条指令所需的全部时间称为指令周期。
(4) 指令系统：计算机能够执行的全部指令的集合称为该计算机的指令系统。
(5) RISC ：精简指令系统计算机。
(6) CISC ：复杂指令系统计算机。
(7) 程序与指令：高级语言汇编助记符机器指令

进程

什么是进程？即运行起来的程序
进程（Process）是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体。
什么是线程？
线程（英语：thread）是操作系统能够进行运算调度的最小单位。它被包含在进程之中，是进程中的实际运作单位。进程内部至少有一个线程。
什么是程序？
计算机程序是一组计算机能识别和执行的指令，运行于电子计算机上，满足人们某种需求的信息化工具。

1、PID

PID（Process Identification）操作系统里指进程识别号，也就是进程标识符。操作系统里每打开一个程序都会创建一个进程ID，即PID。

PID（进程控制符）英文全称为Process Identifier，它也属于电工电子类技术术语。

PID是各进程的代号，每个进程有唯一的PID编号。它是进程运行时系统随机分配的，并不代表专门的进程。在运行时PID是不会改变标识符的，但是你终止程序后再运行PID标识符就会被系统回收，就可能会被继续分配给新运行的程序。

含义：
只要运行一程序，系统会自动分配一个标识。这个标识是暂时唯一，进程中止后，这个号码就会被回收，并可能被分配给另一个新进程。

2、PCB

进程控制块，进程的属性信息。

在操作系统中会使用链表将PCB连接在一起，链表中有多少个节点，这个操作系统就有多少个进程，操作系统通过管理PCB来管理运行起来的进程。

进程描述信息：

进程标识符用于唯一的标识一个进程（pid，ppid）

进程控制信息：

进程当前状态
进程优先级
程序开始地址
各种计时信息
通信信息

资源信息：

占用内存大小及管理用数据结构指针
交换区相关信息
I/O设备号、缓冲、设备相关的数结构
文件系统相关指针

现场保护信息（cpu进行进程切换时）：

寄存器
PC
程序状态字PSW
栈指针

3、进程状态

进程有三个状态：就绪、运行、阻塞

ready：表示线程已经被创建，正在等待系统调度分配CPU使用权。
running：表示线程获得了CPU使用权，正在进行运算。
waiting：表示线程等待（或者说挂起），让出CPU资源给其他线程使用。

为什么除去new和terminated状态？

是因为这两种状态实际上并不存在于线程运行中，所以也没什么实际讨论的意义。对于Java中的线程状态无论是Timed Waiting ，Waiting还是Blocked，对应的都是操作系统线程的waiting（等待）状态。而Runnable状态，则对应了操作系统中的ready和running状态。

4、进程管理命令

只显示当前终端的进程。默认显示与当前终端有关的进程信息。

（1）ps

参数	描述
-A	列出所有的进程
-e	等于“-A”
-a	显示现行终端机下的所有进程，包括其他用户的进程；
-u	以用户为主的进程状态；
x	通常与 a 这个参数一起使用，可列出较完整信息。
-w	显示加宽可以显示较多的资讯
-au	显示较详细的资讯
-aux	显示所有包含其他使用者的行程
-f	做一个更为完整的输出。
-L	显示进程中的线程 ID

这个PID的取值范围从1开始到整数的最大值。这我们可以根据下面的PS命令看一下：

ps -a 与 -A
打印指定用户的信息
显示所有进程信息，连带命令行
ps与grep组合法。打印指定进程信息

最常用的命令：

ps -aux

USER 表示哪个用户启动了这个进程。
PID 表示进程的ID。
%CPU 表示cpu的占用率；占用越高，进程越消耗资源。
%MEM 表示内存的使用率；占用越高，进程越消耗资源。
VSZ 如果一个程序完全驻留在内存中一共需要会用多少内存；（该进程所占的虚拟内存大小，单位(kb)。
RSS 表示进程当前实际上占用了多少内存，注意不要跟VSZ混淆，VSZ的前
提是进程完全驻留在内存中；该进程所占的物理内存大小，单位(kb)。
TTY 表示tty终端；tty1-tty7代表本地控制台终端，tty1-tty6是本地的字符结面端，tty是图形终端。ps/0-256代表虚拟终端。
STAT 表示当前进程的状态，（S表示处于休眠状态，D表示不可中断的状态，Z表示僵尸进程，X表示死掉的进程）。
START 启动这个命令的时间点。
TIME 进程执行起到现在总的CPU占用时间。
COMMAND 表示启动这个进程的命令。

ps -ef

UID：说明该程序被谁拥有（用户ID）
PID：就是指该程序的 ID（进程ID）
PPID：就是指该程序父级程序的 ID（父进程号）
C：指的是 CPU 占用率
STIME：程序的启动时间
TTY：指的是登录终端
TIME : 表示进程执行起到现在总的CPU占用时间
CMD：启动这个进程的命令，它其实就是一个启动进程的命令

ps -le

（2）pstree

pstree命令以树状图显示进程间的关系（display a tree of processes）。ps命令可以显示当前正在运行的那些进程的信息，但是对于它们之间的关系却显示得不够清晰。在Linux系统中，系统调用fork可以创建子进程，通过子shell也可以创建子进程，Linux系统中进程之间的关系天生就是一棵树，树的根就是进程PID为1的init进程。

以树状图形式显示进程之间的关系

pstree -p

pstree [-p] < pid >

（3）jobs

显示当前终端的任务

（4）&

后台运行程序

（5）fg bg

fg %任务号 将后台运行的或挂起的进程挪到前台执行
bg %任务号 将挂起的进程唤醒到后台执行

（6）kill

结束或者挂起一个进程。

-9 强制结束进程。
-stop 挂起进程。

（7）pkill

结束一组同名的进程。

pkill [选项][信号]进程名

-t 按照终端号剔除用户。

（8）killAll

顾名思义杀死所有。加信号和kill通用；

killall [选项][信号]进程名

-i 交互式，询问是否要杀死某个进程。
-I 忽略进程名的大小写。

（9）top

查看系统资源使用情况以及进程信息

前五行信息：

统计信息区：
第一行：任务队列信息，与uptime命令执行结果相同。
- 14:08:11：系统当前时间。
- up 4:09：主机已运行时间。
- 1 users：用户连接数（不是用户数，who命令）。
- load average: 0.07, 0.07, 0.00：系统平均负载，统计最近1,5,15分钟的系统平均负载。
第二行：进程信息。
- Tasks: 221 total：进程总数。
- 2 running：正在运行的进程数。
- 155 sleeping：睡眠的进程数。
- 0 stopped：停止的进程数。
- 0 zombie：僵尸进程数。
第三行：CPU信息（当有多个CPU时，这些内容可能会超过两行）。
- 1.0 us：用户空间所占CPU百分比。
- 0.7 sy：内核空间占用CPU百分比。
- 0.0 ni：用户进程空间内改变过优先级的进程占用CPU百分比。
- 98.3 id：空闲CPU百分比。
- 0.0 wa：等待输入输出的CPU时间百分比。
- 0.0 hi：硬件CPU中断占用百分比。
- 0.0 si：软中断占用百分比。
- 0.0 st：虚拟机占用百分比。
第四行：内存信息（与第五行的信息类似与free命令）。
- 2059372 total：物理内存总量。
- 617736 used：已使用的内存总量。
- 541796 free：空闲的内存总量（free+used=total）。
- 870140 buffers：用作内核缓存的内存量。
第五行：swap信息。
- 998396 total：交换分区总量。
- 998396 free：空闲交换区总量 used：已使用的交换分区总量。
- 0 used：已使用的交换分区总量。
- 1178372 cached Mem：缓冲的交换区总量，内存中的内容被换出到交换区，然后又被换入到内存，但是使用过的交换区没有被覆盖，交换区的这些内容已存在于内存中的交换区的大小，相应的内存再次被换出时可不必再对交换区写入。

其余信息：

PID：进程ID，进程的唯一标识符。
USER：进程所有者的实际用户名。
PR：进程的调度优先级。这个字段的一些值是’rt’。这意味这这些进程运行在实时态。
NI：进程的nice值（优先级）。越小的值意味着越高的优先级。负值表示高优级，正值表示低优先级。
VIRT：进程使用的虚拟内存。进程使用的虚拟内存总量，单位kb。VIRT=SWAP+RES。
RES：驻留内存大小。驻留内存是任务使用的非交换物理内存大小。进程使用的、未被换出的物理内存大小，单位kb。RES=CODE+DATA。
SHR：SHR是进程使用的共享内存。共享内存大小，单位kb。
S：这个是进程的状态。它有以下不同的值：
- D — 不可中断的睡眠态。
- R — 运行态。
- S — 睡眠态。
- T — 被跟踪或已停止。
- Z — 僵尸态。
%CPU：自从上一次更新时到现在任务所使用的CPU时间百分比。
%MEM：进程使用的可用物理内存百分比。
TIME+：任务启动后到现在所使用的全部CPU时间，精确到百分之一秒。
COMMAND：运行进程所使用的命令。进程名称（命令名/命令行）。
还有许多在默认情况下不会显示的输出，它们可以显示进程的页错误、有效组和组ID和其他更多的信息。

（10）pidstat

如果查看进程cpu的使用相关信息也可以使用pidstat -u。

在Debian/Ubuntu系统中可以使用下面的命令来安装：

apt-get install sysstat

CentOS/Fedora/RHEL版本的linux中则使用下面的命令：

yum install sysstat

详细说明：

PID：进程ID
%usr：进程在用户空间占用cpu的百分比
%system：进程在内核空间占用cpu的百分比
%guest：进程在虚拟机占用cpu的百分比
%CPU：进程占用cpu的百分比
CPU：处理进程的cpu编号
Command：当前进程对应的命令

pidstat 的用法：

pidstat [选项] [<时间间隔>] [<次数>]

常用的参数：

-u：默认的参数，显示各个进程的cpu使用统计
-r：显示各个进程的内存使用统计
-d：显示各个进程的IO使用情况
-p：指定进程号
-w：显示每个进程的上下文切换情况
-t：显示选择任务的线程的统计信息外的额外信息
-T { TASK | CHILD | ALL }
这个选项指定了pidstat监控的。TASK表示报告独立的task，CHILD关键字表示报告进程下所有线程统计信息。ALL表示报告独立的task和task下面的所有线程。

注意：task和子线程的全局的统计信息和pidstat选项无关。这些统计信息不会对应到当前的统计间隔，这些统计信息只有在子线程kill或者完成的时候才会被收集。
-V：版本号。
-h：在一行上显示了所有活动，这样其他程序可以容易解析
-I：在SMP环境，表示任务的CPU使用率/内核数量
-l：显示命令名和所有参数

实例：显示每个进程的上下文切换情况（-w）

PID:进程id
Cswch/s:每秒主动任务上下文切换数量
Nvcswch/s:每秒被动任务上下文切换数量
Command:命令名

5、生产环境服务器变慢，诊断思路和性能评估

结合Linux 和 JDK命令一起分析，步骤如下：

1、使用top命令找出CPU占比最高的。
2、ps -ef 或者 jps 进一步定位，得知是一个怎么样的后台程序出的问题。
3、定位到具体线程或者代码。
- ps -mp 进程 -o THREAD，tid，time
- 参数解释：
  -m：显示所有的线程
  -p：pid进程使用CPU的时间
  -o：该参数后是用户自定义格式
4、将需要的线程ID转换为16进制格式（英文小写格式）
- printf “%x\n” 有问题的线程ID
5、jstack 进程ID | grep tid（16进制线程ID小写英文） -A60 精准定位到错误的地方。

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