Linux 进程管理（Process）

下面是一份 “内核级视角”的 Linux 进程管理（Process）核心子系统详解，不是 ps/top 用法，而是从内核数据结构、调度、状态、上下文切换到容器/NUMA 的完整认知框架。

适用 RHEL / AlmaLinux / Debian / Ubuntu / 云 / 容器 / 数据库 / 虚拟化。

一、进程在 Linux 内核中的本质

Linux 没有 “线程” 这种内核对象，只有 task（任务）。

1️⃣ task_struct（核心数据结构）

struct task_struct {
    pid_t pid;
    long state;
    struct mm_struct *mm;
    struct files_struct *files;
    struct signal_struct *signal;
    struct sched_entity se;
    struct cgroup_subsys_state *css;
    ...
}

📌 进程 / 线程 = task_struct 的不同组合

概念	内核视角
进程	有独立 mm
线程	共享 mm
协程	用户态调度

二、进程 vs 线程（内核真实差异）

项目	进程	线程
PID	不同	不同
虚拟地址空间	独立	共享
文件描述符	独立	共享
调度单位	task	task

📌 Linux 的线程 = 轻量级进程

三、进程生命周期（从出生到死亡）

1️⃣ 创建：fork / clone / vfork

fork()

复制 task_struct
Copy-On-Write

clone()

指定共享资源
创建线程、容器的基础

clone(CLONE_VM | CLONE_FS | CLONE_FILES);

2️⃣ 执行：execve

fork -> execve -> 新程序

替换用户态代码
内核态 task_struct 不变

3️⃣ 退出：exit / _exit

exit -> ZOMBIE -> reaped

四、进程状态机（极其重要）

TASK_RUNNING
TASK_INTERRUPTIBLE
TASK_UNINTERRUPTIBLE (D)
TASK_STOPPED
TASK_ZOMBIE

D 状态（最可怕）

等待 IO，不能被 kill

📌 数据库、存储、NFS 常见

五、调度子系统（Scheduler）

1️⃣ CFS（完全公平调度器）

核心思想：

按虚拟运行时间公平分配 CPU

vruntime = 实际运行时间 / 权重

2️⃣ 调度队列（Runqueue）

每 CPU 一个 rq
红黑树维护 task

3️⃣ 调度类

类别	场景
CFS	普通进程
RT	实时任务
Deadline	确定性延迟

4️⃣ 上下文切换（Context Switch）

切换内容：

CPU 寄存器
内存页表（CR3）
调度实体

📌 上下文切换 = 性能杀手

六、CPU 亲和性 & NUMA

1️⃣ CPU Affinity

taskset -c 0-3 pid

内核中：

cpumask_t cpus_allowed;

2️⃣ NUMA 感知

每个 task 有 preferred node
自动迁移（NUMA balancing）

📌 数据库强烈建议 NUMA 绑定

七、进程内存管理关联

1️⃣ mm_struct

struct mm_struct {
    pgd_t *pgd;
    unsigned long total_vm;
    unsigned long rss;
}

2️⃣ Copy-On-Write

fork 几乎 0 成本
写时复制

3️⃣ OOM Killer

选择依据：

oom_score
内存占用
cgroup 限制

📌 容器 OOM ≠ 系统 OOM

八、信号（Signal）

常见信号

信号	含义
SIGTERM	优雅退出
SIGKILL	强制
SIGSTOP	停止
SIGSEGV	段错误

信号处理流程

产生 -> 递送 -> 处理

📌 SIGKILL 无法被捕获

九、进程与 cgroups（现代核心）

systemd / Docker / K8S 的根基

1️⃣ 资源控制

CPU
Memory
IO
PIDs

2️⃣ 调度感知 cgroup

task -> cgroup -> controller

十、Namespace 与进程隔离

Namespace	隔离内容
PID	进程号
Mount	文件系统
Network	网络
User	UID/GID

📌 容器 = namespace + cgroup + rootfs

十一、进程树（树状结构）

systemd (1)
 ├─ sshd
 │   └─ bash
 ├─ nginx
 └─ postgres

父子关系
reparent 到 PID 1

十二、僵尸进程（Zombie）

已死，未收尸

原因：

父进程未 wait()

解决：

kill 父进程
修复代码

十三、内核参数（进程相关）

kernel.pid_max
kernel.threads-max
kernel.sched_migration_cost_ns

十四、容器 / 数据库 / 虚拟化视角总结

容器

进程就是容器
PID namespace 是关键

数据库

NUMA + CPU 亲和性
避免频繁 fork

虚拟化

vCPU = 调度实体
steal time 影响调度

十五、一句话终极总结

Linux 进程管理的本质：task_struct + 调度器 + 内存管理 + cgroup + namespace