L B T

记 录 过 去 的 经 验

strace 命令示例,详细使用说明请参考 man strace

# strace ls
execve("/usr/bin/ls", ["ls"], 0x7ffe75aa9350 /* 12 vars */) = 0
brk(NULL) = 0x556c51ed9000
arch_prctl(0x3001 /* ARCH_??? */, 0x7ffc20fecaf0) = -1 EINVAL (Invalid argument)
mmap(NULL, 8192, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_PRIVATE|MAP_ANONYMOUS, -1, 0) = 0x7f2b1b0a2000
access("/etc/ld.so.preload", R_OK) = -1 ENOENT (No such file or directory)
openat(AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
newfstatat(3, "", {st_mode=S_IFREG|0644, st_size=34211, ...}, AT_EMPTY_PATH) = 0
mmap(NULL, 34211, PROT_READ, MAP_PRIVATE, 3, 0) = 0x7f2b1b099000
close(3) = 0
openat(AT_FDCWD, "/lib/x86_64-linux-gnu/libselinux.so.1", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 3
read(3, "\177ELF\2\1\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\3\0>\0\1\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0"..., 832) = 832
...

strace 跟踪输出中包含

  • Syscall Name ,如 execveopenat
  • Arguments , 系统调用使用的参数,如 "/usr/bin/ls"AT_FDCWD, "/etc/ld.so.cache", O_RDONLY|O_CLOEXEC
  • Return Value ,系统调用的返回值以及简要说明信息, 如 = -1 EINVAL (Invalid argument)-1 ENOENT (No such file or directory)= 0

strace 命令常用选项

选项 说明 示例
-o filename
--output=filename
将跟踪内容写入指定文件而不是 STDOUT(默认值)
-p pid
--attach=pid
追踪 PIDs 对应的进程,Ctrl + C 结束追踪。 支持 , 、 空格 ( ) 、 TAB 键( \t )分割的多个 PID
-e expr 追踪表达式匹配的系统调用,表达式语法请参考 man strace
-c
--summary-only
仅输出调用的统计数据,不输出常规跟踪内容
-C
--summary
输出常规跟踪内容后,输出统计信息

环境信息

  • Centos 7
  • containerd.io-1.4.13-3

containerd 相关配置

默认配置文件

containerd 服务默认配置文件为 /etc/containerd/config.toml

/etc/containerd/config.toml
#root = "/var/lib/containerd"
#state = "/run/containerd"
#subreaper = true
#oom_score = 0

Containerd 有两个不同的存储路径,一个用来保存持久化数据,一个用来保存运行时状态。 [1]

/etc/containerd/config.toml
#root = "/var/lib/containerd"
#state = "/run/containerd"
  • root - 用来保存持久化数据,包括 Snapshots, Content, Metadata 以及各种插件的数据。每一个插件都有自己单独的目录,Containerd 本身不存储任何数据,它的所有功能都来自于已加载的插件。
  • state - 用来保存临时数据,包括 socketspid挂载点运行时状态 以及不需要持久化保存的插件数据。
/etc/containerd/config.toml
#oom_score = 0

Containerd 是容器的守护者,一旦发生内存不足的情况,理想的情况应该是先杀死容器,而不是杀死 Containerd。所以需要调整 Containerd 的 OOM 权重,减少其被 OOM Kill 的几率。oom_score 其取值范围为 -10001000,如果将该值设置为 -1000,则进程永远不会被杀死,建议 Containerd 将该值设置为 -9990 之间。如果作为 Kubernetes 的 Worker 节点,可以考虑设置为 -999

containerd 服务配置文件

默认的 containerd 服务的配置为 /usr/lib/systemd/system/containerd.service

/usr/lib/systemd/system/containerd.service
[Unit]
Description=containerd container runtime
Documentation=https://containerd.io
After=network.target local-fs.target

[Service]
ExecStartPre=-/sbin/modprobe overlay
ExecStart=/usr/bin/containerd

Type=notify
Delegate=yes
KillMode=process
Restart=always
RestartSec=5

LimitNPROC=infinity
LimitCORE=infinity
LimitNOFILE=1048576

TasksMax=infinity
OOMScoreAdjust=-999

[Install]
WantedBy=multi-user.target

  • Delegate - 这个选项允许 Containerd 以及运行时自己管理自己创建的容器的 cgroups。如果不设置这个选项,systemd 就会将进程移到自己的 cgroups 中,从而导致 Containerd 无法正确获取容器的资源使用情况。

  • KillMode - 这个选项用来处理 Containerd 进程被杀死的方式。默认情况下,systemd 会在进程的 cgroup 中查找并杀死 Containerd 的所有子进程,这肯定不是我们想要的。KillMode 字段可以设置的值如下:

    • control-group -(默认值)当前控制组里面的所有子进程,都会被杀掉
    • process - 只杀主进程。
    • mixed - 主进程将收到 SIGTERM 信号,子进程收到 SIGKILL 信号
    • none - 没有进程会被杀掉,只是执行服务的 stop 命令。

    需要将 KillMode 的值设置为 process,这样可以确保升级或重启 Containerd 时不杀死现有的容器。

Containerd 常用配置

Containerd 默认配置文件为 /etc/containerd/config.toml,未在配置文件中配置的则使用默认配置,为了方便修改,可以使用以下命令将默认配置写入配置文件中

/etc/containerd/config.toml
containerd config default | sudo tee /etc/containerd/config.toml

在作为 Kubernetes 的 CRI 时,需要修改以下配置:

  • 启用 CRI 功能 。Containerd 默认禁用了 CRI 功能(disabled_plugins = ['cri']),要启用 cri ,将其注释或删除
  • 配置 cgroup v2 Kubernetes 的很多功能需要 cgroup v2 支持,Kubernetes 节点通常使用 cgroup v2,要配置 containerd 使用 cgroup v2,修改配置文件的 plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options 部分,将 SystemdCgroup 配置为 true 后重启 containerd 服务
    /etc/containerd/config.toml
    [plugins."io.containerd.grpc.v1.cri".containerd.runtimes.runc.options]
    BinaryName = ""
    CriuImagePath = ""
    CriuPath = ""
    CriuWorkPath = ""
    IoGid = 0
    IoUid = 0
    NoNewKeyring = false
    NoPivotRoot = false
    Root = ""
    ShimCgroup = ""
    SystemdCgroup = true

客户端工具 ctr 使用

ctr 管理镜像

镜像下载

ctr image pull docker.io/library/nginx:alpine

列出本地镜像

$ ctr image ls
REF TYPE DIGEST SIZE PLATFORMS LABELS
docker.io/library/nginx:alpine application/vnd.docker.distribution.manifest.list.v2+json sha256:455c39afebd4d98ef26dd70284aa86e6810b0485af5f4f222b19b89758cabf1e 9.8 MiB linux/386,linux/amd64,linux/arm/v6,linux/arm/v7,linux/arm64/v8,linux/ppc64le,linux/s390x -

将镜像挂载到本地目录

$ ctr image mount docker.io/library/nginx:alpine /mnt

$ ls /mnt
bin docker-entrypoint.d etc lib mnt proc run srv tmp var
dev docker-entrypoint.sh home media opt root sbin sys usr

卸载已挂载的镜像

ctr image unmount /mnt

ctr 管理 容器

创建容器

ctr container create docker.io/library/nginx:alpine nginx

容器创建后,并没有开始运行,只是分配了容器运行所需的资源及配置的数据结构,这意味着 namespacesrootfs 和容器的配置都已经初始化成功了,只是用户进程(这里是 nginx)还没有启动,容器(进程)状态的变化由 Task 对象实现,通过命令 ctr task 来管理。

启动 ctr container create 创建的容器

ctr task start nginx

以上命令启动之前创建的容器 nginx,未指定其他参数时,容器中的进程在系统前台运行,如需后台运行,可以使用选项 -d

ctr task start nginx -d

也可以直接使用 run 命令,创建并启动容器

ctr run --rm -d docker.io/library/nginx:alpine nginx1

列出容器

ctr container ls

查看容器中进程的状态

$ ctr task ls
TASK PID STATUS
nginx1 5495 RUNNING

查看容器中运行的所有的进程

$ ctr task ps nginx1
PID INFO
5495 -
5531 -
5532 -
5533 -
5534 -

这里的 PID 是宿主机看到的 PID,不是容器中看到的 PID。

查看容器详细信息

ctr container info nginx

删除容器

停止/删除容器中的进程

ctr task delete nginx -f

ctr task pause nginx

以上命令删除/停止容器中的进程,但是并不删除容器,执行以上命令后再执行以下命令,可删除容器

ctr container delete nginx

ctr 没有 stop 容器的功能,只能暂停或者杀死容器。

进入容器

ctr task exec -t --exec-id 1 nginx1 sh

执行 ctr task exec 进入容器,必须制定 --exec-id,值可以随便指定。

namespace 管理

Containerd 相比于 Docker ,多了 Namespace 的概念,使用以下命令,查看所有的 Namespace

$ ctr ns ls
NAME LABELS
default
moby

docker 默认使用 moby 的 Namespace,要使用 ctr 命令查看 docker 创建的容器,需要使用选项 -n moby 指定命名空间,否则 ctr 默认使用 default 命名空间,无法看到 moby 命名空间中的资源

ctr -n moby container ls
CONTAINER IMAGE RUNTIME
17b16c3699cdb88a1ff80d8a7c84724eff393c42186775b58418c90bd178600f - io.containerd.runtime.v1.linux
27fc19226baa91251d63a375a7b1309122334cfb5ceb39aeb67ab1701b708464 - io.containerd.runtime.v1.linux

Kubernetes 默认使用 k8s.io 命名空间

ctr 没有配置或者环境变量可以来配置默认的 Namespace,在 Kubernetes 场景中,可以使用 alias 命令配置 ctr,使其自动指向 k8s.io 的 Namespace

alias ctr='ctr -n k8s.io'

nerdctl

nerdctl 是为 Containerd 开发的完全兼容 Docker 命令行的工具,它可以使用和 docker 命令一样的语法来操作 containerd 中的容器。

nerdctl 官方说明文档

如果要使用 nerdctl 调试 Kubernetes 环境中的容器,需要指定 Namespace,示例如下:

# nerdctl --namespace k8s.io ps -a

如果是在 Kubernetes 环境中使用,为方便起见,可以添加环境变量:

# alias nerdctl='nerdctl --namespace k8s.io'

# nerdctl ps
CONTAINER ID IMAGE COMMAND CREATED STATUS PORTS NAMES
4de4c59a8913 registry.k8s.io/kube-controller-manager:v1.32.0 "kube-controller-man…" 2 days ago Up k8s://kube-system/kube-controller-manager-k8s-master/kube-controller-manager
6a9f17dffdb5 registry.k8s.io/pause:3.6 "/pause" 2 days ago Up k8s://kube-system/kube-controller-manager-k8s-master
3ae8ed830b63 registry.k8s.io/kube-scheduler:v1.32.0 "kube-scheduler --au…" 2 days ago Up k8s://kube-system/kube-scheduler-k8s-master/kube-scheduler
0cb15e8f5ac7 registry.k8s.io/pause:3.6 "/pause" 2 days ago Up k8s://kube-system/kube-scheduler-k8s-master
60ea2cfc01c8 registry.k8s.io/pause:3.6 "/pause" 2 days ago Up k8s://kube-system/kube-apiserver-k8s-master
eaf781314f4a registry.k8s.io/pause:3.6 "/pause" 2 days ago Up k8s://kube-system/etcd-k8s-master

脚注

环境信息

  • Centos7 5.4.212-1
  • Docker 20.10.18
  • containerd.io-1.6.8
  • kubectl-1.25.0
  • kubeadm-1.25.0
  • kubelet-1.25.0

POD 状态异常

CrashLoopBackOff

错误场景

Pod 状态显示 CrashLoopBackOff

$ kubectl get pods
NAME READY STATUS RESTARTS AGE
test-centos7-7cc5dc6987-jz486 0/1 CrashLoopBackOff 8 (111s ago) 17m

查看 Pod 详细信息

$ kubectl describe pod test-centos7-7cc5dc6987-jz486
...
Events:
Type Reason Age From Message
---- ------ ---- ---- -------
Normal Scheduled 18m default-scheduler Successfully assigned default/test-centos7-7cc5dc6987-jz486 to ops-kubernetes3
Normal Pulled 16m (x5 over 18m) kubelet Container image "centos:centos7.9.2009" already present on machine
Normal Created 16m (x5 over 18m) kubelet Created container centos7
Normal Started 16m (x5 over 18m) kubelet Started container centos7
Warning BackOff 3m3s (x71 over 18m) kubelet Back-off restarting failed container

结果显示,ReasonBackOffMessage 显示 Back-off restarting failed container

可能原因

Back-off restarting failed container 的原因,通常是因为,容器内 PID 为 1 的进程退出导致(通常用户在构建镜像执行 CMD 时,启动的程序,均是 PID 为1)[1]

容器进程退出(命令执行结束或者进程异常结束),则容器生命周期结束。kubernetes 控制器检查到容器退出,会持续重启容器。针对此种情况,需要检查镜像,是否不存在常驻进程,或者常驻进程异常。

针对此种情况,可以单独使用 docker 客户端部署镜像,查看镜像的运行情况,如果部署后,容器中的进程立马结束或退出,则容器也会随之结束。

定位中也可以使用 kubectl describe pod 命令检查 Pod 的退出状态码。Kubernetes 中的 Pod ExitCode 状态码是容器退出时返回的退出状态码,这个状态码通常用来指示容器的执行结果,以便 Kubernetes 和相关工具可以根据它来采取后续的操作。以下是一些常见的 ExitCode 状态码说明:

  • ExitCode 0 : 这表示容器正常退出,没有错误。这通常是期望的结果。
  • ExitCode 1 : 通常表示容器以非正常方式退出,可能是由于应用程序内部错误或异常导致的。通常是容器中 pid 为 1 的进程错误而失败
  • ExitCode 非零 : 任何非零的状态码都表示容器退出时发生了错误。ExitCode 的具体值通常是自定义的,容器内的应用程序可以根据需要返回不同的状态码来表示不同的错误情况。你需要查看容器内应用程序的文档或日志来了解具体的含义。
  • ExitCode 137 : 通常表示容器因为被操作系统终止(例如,OOM-killer)而非正常退出。这可能是由于内存不足等资源问题导致的。
  • ExitCode 139 : 通常表示容器因为接收到了一个信号而非正常退出。这个信号通常是 SIGSEGV(段错误),表示应用程序试图访问无效的内存。
  • ExitCode 143 : 通常表示容器因为接收到了 SIGTERM 信号而正常退出。这是 Kubernetes 在删除 Pod 时发送的信号,容器应该在接收到该信号后做一些清理工作然后退出。
  • ExitCode 130 : 通常表示容器因为接收到了 SIGINT 信号而正常退出。这是当用户在命令行中按下 Ctrl+C 时发送的信号。
  • ExitCode 255 :通常表示未知错误,或者容器无法启动。这个状态码通常是容器运行时的问题,比如容器镜像不存在或者启动命令有问题。
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PAT 认证

Github 为了安全考虑,在 Shell 中禁止使用帐号名称登陆,提供了更为安全的 PAT(Personal Access Token),PAT 的权限和创建它的用户权限相同,并且可以使用 Fine-grained personal access tokens 实现更细粒度的权限控制

参考以下步骤创建 PAT:

  1. 登录 GitHub。

  2. 点击右上角头像,进入 Settings

  3. 在左侧菜单中选择 Developer settings

  4. 选择 Personal access tokens ,然后点击 Generate new token

  5. 生成令牌并复制。

gh

Github 命令行工具 gh 常用操作

Login

参考以下示例使用命令 gh auth login 登陆 Github

# gh auth login
? Where do you use GitHub? GitHub.com
? What is your preferred protocol for Git operations on this host? HTTPS
? Authenticate Git with your GitHub credentials? Yes
? How would you like to authenticate GitHub CLI? Paste an authentication token
Tip: you can generate a Personal Access Token here https://github.com/settings/tokens
The minimum required scopes are 'repo', 'read:org', 'workflow'.
? Paste your authentication token: *********************************************************************************************
- gh config set -h github.com git_protocol https
✓ Configured git protocol
! Authentication credentials saved in plain text
✓ Logged in as user1

查看 Github 认证状态(gh auth status

# gh auth status
github.com
✓ Logged in to github.com account user1 (/root/.config/gh/hosts.yml)
- Active account: true
- Git operations protocol: https
- Token: github_pat_11BP5YWMA0XuC4iSW26eBN_***********************************************************

pull

参考以下示例使用命令 gh repo clone user1/resp1 clone 代码到本地

# gh repo clone user1/resp1
Cloning into 'resp1'...
remote: Enumerating objects: 27, done.
remote: Counting objects: 100% (27/27), done.
remote: Compressing objects: 100% (25/25), done.
remote: Total 27 (delta 12), reused 0 (delta 0), pack-reused 0 (from 0)
Receiving objects: 100% (27/27), 9.10 KiB | 9.10 MiB/s, done.
Resolving deltas: 100% (12/12), done.

如果报错: GraphQL: Resource not accessible by personal access token (repository.defaultBranchRef) ,则说明 PAT 权限不足。

环境信息

  • Centos 7

vim 配置

vim 启动时会读取 /etc/vimrc(全局配置) 和 ~/.vimrc (用户配置)

常用配置如下,使用 " 注释

/etc/vimrc
" 自动缩进 
set ai
set autoindent

" 保存历史命令数量
set history=50

" 右下角显示当前鼠标位置(行列数)
set ruler

" 鼠标位置所在行显示下划线
set cursorline

" 开启语法高亮
syntax on

" 高亮搜索结果
set hlsearch

" 搜索时不区分大小写
set ignorecase

" 将 tab 转换为空格
set expandtab

" tab 转换为4个空格
set tabstop=4

" 删除时,可以一次删除4个空格
set softtabstop=4

" 显示行数
set nu

" 禁用格式化指令。
set paste
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环境信息

  • Centos 7 5.4.239-1

Linux 的 namespace 的作用是 隔离内核资 ,目前主要实现了以下 namespace

  • mount namespace - 文件系统挂载点
  • UTS namespace - 主机名
  • IPC namespace - POSIX 进程间通信消息队列
  • PID namespace - 进程 pid 数字空间
  • network namespace - network
  • user namespace - user ID 数字空间
  • cgroup - 资源使用控制
  • time - 隔离时钟(Clock)

其中,除了 network namespace,其他 namespace 的操作需要使用 C 语言调用系统 API 实现。network namespace 的增删改查功能已经集成到了 Linux 的 ip 工具集的 netns 子命令中

Linux 里面的 namespace 给处在其中的进程造成 2 个错觉:

  1. 它是系统里面唯一的进程
  2. 它独享系统的所有资源

默认情况下,Linux 里面的所有进程处在和宿主机相同的 namespace ,即初始 namespace 里,默认享有全局系统资源。

lsns 命令可以查看当前系统上存在哪些 Namespace

# lsns
NS TYPE NPROCS PID USER COMMAND
4026531834 time 251 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531835 cgroup 224 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531836 pid 224 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531837 user 686 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531838 uts 221 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531839 ipc 224 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531840 net 229 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531841 mnt 213 1 root /lib/systemd/systemd --system --deserialize 52
4026531862 mnt 1 61 root kdevtmpfs
4026532219 mnt 1 1426338 root /lib/systemd/systemd-udevd
4026532220 uts 1 1426338 root /lib/systemd/systemd-udevd
4026532230 mnt 1 2124756 root /lib/systemd/systemd-logind
4026532231 uts 1 2124756 root /lib/systemd/systemd-logind
4026532232 mnt 1 1426274 systemd-timesync /lib/systemd/systemd-timesyncd
4026532233 mnt 1 1426257 root /usr/sbin/irqbalance --foreground
4026532326 mnt 1 2134793 root /usr/sbin/NetworkManager --no-daemon
4026532593 cgroup 7 937225 root python manage.py runserver 0.0.0.0:8080
4026532603 mnt 1 1416468 472 grafana server --homepath=/usr/share/grafana --config=/etc/grafana/grafana.ini --packaging=docker cfg:defau
4026532604 uts 1 1416468 472 grafana server --homepath=/usr/share/grafana --config=/etc/grafana/grafana.ini --packaging=docker cfg:defau
4026532605 ipc 1 1416468 472 grafana server --homepath=/usr/share/grafana --config=/etc/grafana/grafana.ini --packaging=docker cfg:defau
4026532606 pid 1 1416468 472 grafana server --homepath=/usr/share/grafana --config=/etc/grafana/grafana.ini --packaging=docker cfg:defau
4026532607 net 1 1416468 472 grafana server --homepath=/usr/share/grafana --config=/etc/grafana/grafana.ini --packaging=docker cfg:defau
4026532664 cgroup 1 1416468 472 grafana server --homepath=/usr/share/grafana --config=/etc/grafana/grafana.ini --packaging=docker cfg:defau
4026532665 mnt 1 1416534 1001 /opt/bitnami/blackbox-exporter/bin/blackbox_exporter --config.file=/etc/blackbox/blackbox.yml
4026532666 uts 1 1416534 1001 /opt/bitnami/blackbox-exporter/bin/blackbox_exporter --config.file=/etc/blackbox/blackbox.yml
4026532667 ipc 1 1416534 1001 /opt/bitnami/blackbox-exporter/bin/blackbox_exporter --config.file=/etc/blackbox/blackbox.yml
4026532668 pid 1 1416534 1001 /opt/bitnami/blackbox-exporter/bin/blackbox_exporter --config.file=/etc/blackbox/blackbox.yml
4026532669 net 1 1416534 1001 /opt/bitnami/blackbox-exporter/bin/blackbox_exporter --config.file=/etc/blackbox/blackbox.yml

想要查看某个进程都在哪些 namespace 中,可以找到进程 ID (PID),通过查看以下内容或者 namespace 信息

$ ps -elf | grep nginx
4 S root 32679 32659 0 80 0 - 2248 sigsus Apr07 ? 00:00:00 nginx: master process nginx -g daemon off;

$ ll /proc/32679/ns/
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 cgroup -> cgroup:[4026531835]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 ipc -> ipc:[4026534784]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 mnt -> mnt:[4026534583]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 net -> net:[4026534787]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 pid -> pid:[4026534878]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 pid_for_children -> pid:[4026534878]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:51 uts -> uts:[4026534877]

通过以上命令,可以看到 nginx 进程所属的 namespace,要查看系统初始 namespace ,可以查看 PID 为 1 的进程的 namespace 信息

$ ll /proc/1/ns/
total 0
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 cgroup -> cgroup:[4026531835]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 ipc -> ipc:[4026531839]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 mnt -> mnt:[4026531840]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 net -> net:[4026531992]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 pid -> pid:[4026531836]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 pid_for_children -> pid:[4026531836]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 user -> user:[4026531837]
lrwxrwxrwx 1 root root 0 Apr 19 13:53 uts -> uts:[4026531838]

链接文件的内容的格式为 ns 类型: [inode number]。这里的 inode number 则用来标识一个 namespace,我们也可以把它理解为 namespace 的 ID。如果两个进程的某个 namespace 文件指向同一个链接文件,说明其相关资源在同一个 namespace 中。 [1]

脚注

环境信息

  • Centos 7 kernel 5.4.221

启动过程

systemd 管理的系统中,提供了工具 systemd-analyze 用于分析具体的启动过程,使用 systemd-analyze --help 查看使用帮助

检查系统启动时间

使用 systemd-analyze 命令会显示系统启动所用的时间,等同于 systemd-analyze time

# systemd-analyze 
Startup finished in 1.830s (kernel) + 36.827s (userspace) = 38.657s
graphical.target reached after 12.604s in userspace

systemd-analyze blame 列出系统上各个 Unit 启动的时间

# systemd-analyze blame
6.414s wazuh-agent.service
3.161s dracut-initqueue.service
2.473s network.service
1.004s watchdog.service
...
45ms sysstat.service
14ms plymouth-switch-root.service
14ms systemd-journald.service
4ms systemd-logind.service
3ms sys-kernel-config.mount
3ms initrd-udevadm-cleanup-db.service
3ms systemd-random-seed.service
2ms google-shutdown-scripts.service

列出系统各个 Unit 启动消耗的时间

# systemd-analyze critical-chain
The time when unit became active or started is printed after the "@" character.
The time the unit took to start is printed after the "+" character.

graphical.target @12.604s
└─multi-user.target @12.601s
└─skylight-agent.service @36.639s
└─network.target @9.073s
└─NetworkManager.service @8.795s +275ms
└─dbus.service @8.788s
└─basic.target @8.774s
└─sockets.target @8.772s
└─snapd.socket @8.766s +5ms
└─sysinit.target @8.669s
└─cloud-init.service @6.850s +1.811s
└─systemd-networkd-wait-online.service @4.970s +1.871s
└─systemd-networkd.service @4.864s +91ms
└─network-pre.target @4.850s
└─cloud-init-local.service @3.228s +1.620s
└─systemd-remount-fs.service @1.113s +93ms
└─systemd-fsck-root.service @1.030s +69ms
└─systemd-journald.socket @853ms
└─-.mount @692ms
└─-.slice @692ms

查看内存信息

内存相关概念说明:

  • VSS ,Virtual Set Size , VIRT - 虚拟耗用内存(包含共享库占用的内存), 通常 VIRT 是系统承诺分配给应用的内存,不是实际使用的内存
  • RSS , Resident Set Size , RES - 实际使用物理内存(包含共享库占用的内存)
  • PSS , Proportional Set Size - 实际使用的物理内存(比例分配共享库占用的内存)。 top 命令中的 SHR 列展示的就是共享库按比例分配给进程的内存
  • USS , Unique Set Size - 进程独自占用的物理内存(不包含共享库占用的内存)

系统内存使用量统计

free

$ free -h
total used free shared buff/cache available
Mem: 15Gi 7.8Gi 707Mi 449Mi 7.0Gi 6.9Gi
Swap: 30Gi 1.0Gi 29Gi

ps

例如查看使用内存排名前十的进程:

ps aux | sort -k4,4nr | head -n 10

sar 命令

使用 sar 命令检查系统上的内存及 Swap 使用情况

查看某个进程使用的内存量

比如检查 docker 使用的内存量,首先通过 ps 命令查询到 docker 的 PID 信息

$ ps -elf | grep docker
4 S root 1243 1 4 80 0 - 1067527 futex_ Jan03 ? 15:14:45 /usr/bin/dockerd -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock

例如此处的 docker 进程的 PID 为 1243

  • 使用 top 命令动态查看 docker 使用的内存信息

    $ top -p 1243
    top - 11:47:40 up 14 days, 2:09, 3 users, load average: 0.65, 1.42, 1.70
    Tasks: 1 total, 0 running, 1 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
    %Cpu(s): 1.0 us, 0.6 sy, 0.0 ni, 98.3 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.0 si, 0.0 st
    KiB Mem : 32068748 total, 2494500 free, 18536188 used, 11038060 buff/cache
    KiB Swap: 0 total, 0 free, 0 used. 9586340 avail Mem

    PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
    1243 root 20 0 4270108 1.4g 53956 S 1.0 4.6 914:55.80 dockerd
  • 使用 ps aux 命令查看内存使用量

    $ ps aux | grep 1243
    root 1243 4.5 4.6 4270108 1486460 ? Ssl Jan03 914:57 /usr/bin/dockerd -H fd:// --containerd=/run/containerd/containerd.sock

    输出结果中

    • 第 3、4 列 (4.5 4.6) 分别表示 cpu 使用率内存使用率
    • 第 5、6 列 (4270108 1486460) 分别表示 虚拟内存使用量物理内存使用量,单位为 k
  • 通过进程的 status 文件查看内存使用

    $ cat /proc/1243/status
    Name: dockerd
    Umask: 0022
    State: S (sleeping)
    Pid: 1243
    PPid: 1
    VmPeak: 4270364 kB
    VmSize: 4270108 kB
    VmLck: 0 kB
    VmPin: 0 kB
    VmHWM: 1562204 kB
    VmRSS: 1492340 kB
    ...

    其中,VmRSS 为进程使用的物理内存

  • 使用 pmap 命令查看进程使用的内存信息

    pmap -x 1243
    pmap -p 1243
  • 使用 pidstat 命令查看进程使用的内存信息

    # pidstat -r -t -p 1424681 1 1
    Linux 6.8.0-1017-aws (U-3TSDMAL9IVFAQ) 11/26/2024 _x86_64_ (4 CPU)

    04:15:40 PM UID TGID TID minflt/s majflt/s VSZ RSS %MEM Command
    04:15:41 PM 408001114 1424681 - 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 chrome
    04:15:41 PM 408001114 - 1424681 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__chrome
    04:15:41 PM 408001114 - 1424696 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__sandbox_ipc_thr
    04:15:41 PM 408001114 - 1424702 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__chrome
    04:15:41 PM 408001114 - 1424703 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__HangWatcher
    04:15:41 PM 408001114 - 1424704 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__ThreadPoolServi
    04:15:41 PM 408001114 - 1424705 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__ThreadPoolForeg
    04:15:41 PM 408001114 - 1424706 0.00 0.00 34656400 256620 1.59 |__ThreadPoolForeg

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环境信息

  • Centos 7

sudo 可以配置适当的权限授予普通用户,使普通用户执行 root 用户才能执行的操作

配置 sudo 权限的主要配置文件为 /etc/sudoers/etc/sudoers是一个只读文件,不能直接使用 vim 等编辑器来编辑,要修改此文件,需要以 root 用户身份使用 visudo 命令来修改。

主要配置文件内容如下

/etc/sudoers
## Allow root to run any commands anywhere
root ALL=(ALL) ALL

%wheel ALL=(ALL) NOPASSWD: ALL

各列值含义说明:

  • root 第一列为用户名,如 rootusers%wheel% 开头表示这是一个组,而不是用户
  • ALL=(ALL) 第二列等号左边的 ALL 表示允许从任何主机登录当前的用户账户;等号右边的 ALL 表示第一列的用户可以切换成系统中任何一个其它用户(如:su users);
  • ALL 第三列表示第一列的用户能下达的命令,ALL 表示可以下达任何命令。NOPASSWD: ALL 意味着成员可以执行指定的命令而无需输入密码。

当我们以普通用户身份(以 test 为例)登录,在使用 sudo 命令时报出如下信息:

test is not in the sudoers file. This incident will be reported.

则说明该用户没有在 /etc/sudoers 文件中进行配置,因此无法使用 sudo 命令

AWS 的 Centos 镜像部署后的虚拟机默认使用 centos 用户登陆,登陆后即可执行 sudo su - 切换到 root 用户,此配置由 /etc/sudoers.d/90-cloud-init-users 配置,内容如下:

/etc/sudoers.d/90-cloud-init-users
# cat /etc/sudoers.d/90-cloud-init-users
# Created by cloud-init v. 19.4 on Mon, 31 Oct 2022 07:58:58 +0000

# User rules for centos
centos ALL=(ALL) NOPASSWD:ALL

若要禁止此行为,删除此文件即可。

使用示例

限制特定用户只能执行指定目录下的脚本

visudo 中,你可以使用 Cmnd_Alias 限制用户只能执行特定目录下的脚本。假设你想让用户 centos 只能执行 /usr/local/scripts/ 目录下的脚本,可以按照以下方式配置:

visudo
Cmnd_Alias ALLOWED_SCRIPTS = /usr/local/scripts/*

centos ALL=(ALL) NOPASSWD: ALLOWED_SCRIPTS

含义

  • Cmnd_Alias ALLOWED_SCRIPTS = /usr/local/scripts/*

    定义 ALLOWED_SCRIPTS ,表示 允许执行 /usr/local/scripts/ 目录下的所有脚本

  • qqc ALL=(ALL) NOPASSWD: ALLOWED_SCRIPTS

    允许 centos 用户以 sudo 执行 ALLOWED_SCRIPTS 目录下的所有脚本,且无需输入密码。

切换到 centos 用户,并尝试执行:

sudo /usr/local/scripts/test.sh

成功执行 ,说明规则生效。

但是,如果 centos 用户 试图运行 /bin/bash/usr/bin/python ,或者访问其他路径

$ sudo /bin/bash
Sorry, user centos is not allowed to execute '/bin/bash' as root on this host.

如果希望 centos 用户可以查看自己可以运行的命令:

visudo
Cmnd_Alias ALLOWED_SCRIPTS = /usr/local/scripts/*
qqc ALL=(ALL) NOPASSWD: ALLOWED_SCRIPTS, /usr/bin/sudo -l

这样,centos 用户可以运行:

sudo -l

来查看自己被允许的 sudo 命令。

Memory 相关的术语说明

  • Main Memory - 也经常称为 Physical Memory,计算机上的 Fast Data Storage Area。
  • Virtual Memory - Main Memory 的一个抽象层,他几乎有无限大的空间,Virtual Memory 不是 Main Memory
  • Resident Memory - 驻留(Reside)在 Main Memory 中的内存,相当于实际使用的物理内存(Main Memory/Physical Memory),如 top 命令中的 RESps aux 命令中的 RSS 就是指 Resident Memory.
  • Anonymous Memory - 未关联文件系统位置和路径的内存,通常指 Process Address Space 中的程序运行过程中的数据(Working Data),通常被称为 Heap
  • Address Space - 内存地址空间,内存地址相关的上下文(Context),包含程序(Processes)和内核(Kernel)使用的 Virtual Address Space
  • Segment - 用于标识 Virtual Memory 中的有特殊作用的一个区域,如可执行程序(Executable)或可写(Writable)的 Page
  • Instruction Text - CPU 指令(Instructions) 在内存中的引用地址,通常位于 Segment
  • OOM - Out Of Memory,当内核检测到系统可用内存不足时采取的动作
  • Page - OS 和 CPU 使用和分配内存的单位,早期大小一般为 4 或 8 Kbytes,现代化的 CPU 和 OS 通常支持 Multi Page Sizes
  • Page Fault - 通常在需要访问的内容不存在于 Virtual Memory 中时,系统产生一个中断,导致所需内容加载入内存
  • Paging - 当内存中的内容不再使用或内存空间不足时进行的在内存和 Storage Devices 中的内容交换,主要是为了空出内存供需要内存的进程使用
  • Swapping - Linux 中将不再使用或内存空间不足时,将部分内存中的内容 Paging 到 Swap Devices
  • Swap - Linux 中 Swapping 时,将内容转移到的目标,可能是 Storage Devices 上的一个区域,被称为 Physical Swap Device,或者是一个文件系统文件,称为 Swap File。

Memory 部分概念详细说明参考

MMU

Memory Management Unit(MMU) 负责虚拟内存地址(Virtual Memory Address)到物理内存地址(Physical Memory Address)的转换

Freeing Memory

当系统上可用内存低或不足时,系统会采用一系列的手段释放内存。主要包括下图所示方式

  • Free List
    不在使用中的 Pages 列表,也称为 Idle Memory,这部分内存可以被系统立即分配给需要的程序使用
  • Page Cache
    文件系统缓存(Filesystem Cache)。有个 swappiness 的参数可以配置系统是使用 Page Cache 还是 Swapping 来释放内存
  • Swapping
    通过内核进程 kswapd 实现 Paging Out 到 Swap Device 或者 File System-Based Swap File,这只有在系统上有 Swap 时才有用。
  • Reaping
    也被称为 Shrinking ,当系统可用内存小到一个临界值后,内核就会开始释放可以回收的内存
  • OOM Killer
    Out Of Memory Killer ,系统内存不足时,系统会使用 OOM Killer 机制来 kill 掉某个进程来释放内存。

在 Linux 中,当系统可用内存低于阈值(vm.min_free_kbytes)时,Page Out Daemon(kswapd) 会启动 Page Scanning

进程的内存分层结构

进程的内存结构一般被分成多个 segment,包括

  • Executable Text segment - 存放程序代码(the executable CPU Instructions), 只读
  • Executable Data section - 存放程序初始化全局变量(global variables),通常 可读写 ,写权限用于程序运行期间更新变量值。
  • Heap section - 程序运行过程中动态分配的内存,属于 Anonymous Memory
  • Stack section - 调用程序功能时的临时数据存储,如函数参数、返回地址、本地变量等。

下图展示了 C 程序(Program)在内存中的分层结构(layout of a C program in memory)

  • 其中, Data section 被分成了 2 部分,包括 (a) initialized data(b) uninitialized data

使用 GNU 工具 size 可以检查 Projram 在磁盘上的 内存布局。这些值在程序编译时确定,并不会在程序运行时变化,因此它们是固定不变的。

# size /usr/sbin/sshd
text data bss dec hex filename
817397 15460 37664 870521 d4879 /usr/sbin/sshd

输出信息中:

  • text : 代表 Text section 的大小
  • data : 初始化数据段(initialized data)的大小,包含已初始化的全局和静态变量。
  • bss : 未初始化数据段的大小,包含未初始化的全局和静态变量。
  • dec : 上述所有部分的总大小,以十进制表示。
  • hex : 上述所有部分的总大小,以十六进制表示。
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Linux 中典型的文件系统模型(以接口形式)如下图: [1]

File System Cache

典型的 File System Cache 模型如下图:

因为文件系统缓存(File System Cache)的存在,在统计 Applications 的读写请求延迟(IO Latency)时,要注意区分分析的统计数据是 文件系统(File System)的延迟(Request Latency) 还是 物理存储设备(Physical Device)的延迟

OS 通常提供的 IO 统计数据是 存储设备级别(Disk Device-level) ,而不是 文件系统级别(File System Level) ,但是大多数情况下,影响 Application 性能的通常是 File System 级别的延迟(Latency),而不是物理存储设备(Physical Device)级别的延迟。比如 File System 对 Application 的写操作(Write Operations)会进行缓存(Buffers),缓存成功后立即向 Application 返回写成功的响应,文件系统会在后台定期的将 Buffer 里面的内容刷新(Write-back, 写回)回磁盘设备,这个写回操作会导致磁盘设备出现较高或者突发(Burstable)的 Disk IO Latency,从 Disk Device-level 统计数据来看,这可能是个问题,但是,Application 并不需要等待此时的写回操作,此时的 Disk Device-level IO Latency 对 Application 无任何的性能影响。

File System 通常使用 Main Memory(RAM)作为缓存(Cache)介质来提高性能 ,Cache 的处理过程对 Applications 来说是透明的。

OS 中 File System 涉及到的相关 Cache 如下表:

Cache Example
Page cache Operating system page cache
File system primary cache ZFS ARC
File system secondary cache ZFS L2ARC
Directory cache dentry cache
inode cache inode cache
Device cache ZFS vdev
Block device cache Buffer cache

Prefetch

文件系统预取(File System Prefetch) 是 Linux 内核的一种优化机制,用于 提前加载 可能会被访问的文件或数据到内存,以提高 读取性能系统响应速度

当程序读取文件时,Linux 内核可能会:

  • 提前读取相邻的数据块,即顺序预取(Read-Ahead)
  • 基于访问模式预测未来的数据请求,即智能预取(Adaptive Readahead)
  • 结合缓存管理(Page Cache)减少磁盘 I/O,提高性能

Linux 文件系统预取主要依赖于以下几种机制:

  • Page Cache(页缓存) 。Linux 通过 Page Cache 缓存已经读取的数据,以 减少磁盘 I/O,提高性能
    • 当进程请求读取文件时,内核会先检查 Page Cache,如果数据已存在,则直接返回,避免磁盘读取。
    • 如果数据不在缓存中,Linux 会从磁盘加载数据,并存入 Page Cache,方便后续访问。
  • Read-Ahead(预读机制) 是 Linux 预取的核心机制之一,它会 提前加载文件数据,减少未来读取时的磁盘 I/O
    • 当应用程序顺序读取文件时,Linux 会自动预取更多的数据,提高性能。
    • Linux 预取大小 动态调整 ,如果发现访问是顺序的,会增加预取数据量。
  • Readahead 调优参数 。Linux 通过 /sys/class/bdi/ 目录下的参数进行 Read-Ahead 调优
    • /sys/class/bdi/default/read_ahead_kb 这个值通常默认为 128 KB 或 256 KB,表示内核每次读取至少 128 KB 以优化性能。
    • echo 1024 > /sys/class/bdi/default/read_ahead_kb 设置为 1024 KB(1MB),适用于 大文件顺序读取
    • Fadvise 和 Madvise 提示 。Linux 提供了 posix_fadvise()madvise() ,让应用程序 主动提示内核 预取策略
      • posix_fadvise(fd, offset, len, POSIX_FADV_WILLNEED) 提示内核: 这个文件很快会被读取,可以提前加载进 Page Cache
      • posix_fadvise(fd, offset, len, POSIX_FADV_SEQUENTIAL) 告诉内核: 文件是顺序读取的,可以增大 Read-Ahead
  • Prefetching Daemon(预取守护进程)

查看和设置当前 Read-Ahead 的值,单位为 Block,一般为 512B

# lsblk 
NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda 8:0 0 9.1T 0 disk
├─sda1 8:1 0 1M 0 part
├─sda2 8:2 0 1G 0 part /boot
├─sda3 8:3 0 32G 0 part [SWAP]
└─sda4 8:4 0 9.1T 0 part /

# blockdev --getra /dev/sda
256

# blockdev --setra 512 /dev/sda

# blockdev --getra /dev/sda
512

Write-Back Caching

Write-Back Caching 通常用于文件系统 写缓存(Write Cache、Buffer) ,在 Application 需要写入内容时,文件系统将数据写入 Main Memory 就算成功,文件系统随后再将内容(Dirty Data)异步(Asynchronous)写入(Flushing)磁盘(Disk),通过此过程来 提高文件系统写入性能

在文件系统使用 Write-Back Caching 的情况下,假如应用程序发布(Issue)了写请求(Write Requests),Kernel 将内容写入 Main Memory 后便向 Application 返回了写入成功的响应,假设此时系统断电,因为缓存中的内容(Dirty Data)并未写入(Flushing)磁盘(Disk),会导致 RAM 中的内容丢失,出现文件不一致的情况,为了平衡 性能(Performance)和可靠性(Reliability),File System 会默认使用 Write-Back Caching,同时提供 同步写(Synchronous Write)选项来跳过 Write-Back Caching,直接将数据写入磁盘(Disk/Persistent Storage Device)

Synchronous Write

Synchronous Write(同步写入) 只有当数据完全写入 Persistent Storage Device(持久化存储设备)后才算写入完成,包括任何的 File System Metadata 的变更。它比 Asynchronous Writes(Write-Back Caching) 慢,因为需要额外的 Disk Device IO Latency 以及 File System Metadata 变更导致的 IO,Synchronous Write 通常应用在对数据一致性要求较高的应用中,如 Database Log Writers.

Raw IO

Raw IO 直接向存储设备发送请求,完全绕过了文件系统,通常在 Database 场景中较为常见,因为数据库软件可以比文件系统更好的管理和缓存他们的数据,缺点是其增加了软件的复杂度和管理的复杂度。

存储设备接口

在计算机存储领域,SCSI、SAS、ATA、SATA、FC 和 NVMe 是常见的存储接口标准。以下是对这些接口的简要介绍和比较:

接口类型 传输方式 最大传输速率 特点说明 应用场景
ATA(Advanced Technology Attachment)
也称为 IDEPATA
并行 133 MB/s 是一种并行接口标准,主要用于连接存储设备。由于传输速度和性能的限制,ATA 已逐渐被 SATA 所取代。 个人电脑(已被淘汰)
SATA(Serial ATA) 串行 6 Gbps SATA 是 ATA 的串行版本,旨在提高传输速度和效率。它采用串行通信方式,具有更高的传输速率和更长的电缆长度。
传输速度高,支持热插拔,广泛应用于个人电脑和低端服务器。
个人电脑、低端服务器
SCSI(Small Computer System Interface) 并行 320 MB/s 最初用于连接计算机与硬盘、光驱等外部设备。它支持多设备连接,具有较高的传输速度和可靠性。
支持多任务处理,系统占用率低,适用于服务器等高端应用场景。
服务器、高端存储
SAS(Serial Attached SCSI) 串行 12 Gbps SAS 是 SCSI 的串行版本,旨在提高传输速度和扩展性。它采用串行通信方式,支持更高的传输速率,并向下兼容 SATA 设备。
传输速度高,支持热插拔,适用于企业级存储系统。SAS 控制器可以直接控制 SATA 硬盘,但 SATA 控制器无法控制 SAS 硬盘。
企业级存储
FC(Fibre Channel) 串行 16 Gbps FC 是一种高速网络技术,最初用于连接大型存储系统。它支持高带宽和低延迟,常用于存储区域网络(SAN)。传输速度高,可靠性强,适用于大型企业级存储环境。 存储区域网络
NVMe 串行 32 Gbps(PCIe 4.0 x4) NVMe 是为固态硬盘(SSD)设计的高速接口协议,旨在充分利用 NAND 闪存的性能优势。它通过 PCIe 总线直接与 CPU 通信,提供低延迟和高并发性。
传输速度极高,延迟低,适用于高性能存储需求。
高性能存储

Observability Tools

在基于 Linux 的系统中,可以使用以下工具来观察存储设备(磁盘)I/O 的性能统计数据

Tool Description Examples
iostat 存储设备(磁盘)上的 IO 统计数据及 CPU 使用率
sar -b 文件系统层(VFS)的 IO 统计数据 sar 命令使用参考
sar -d 物理磁盘(存储设备)层上的 IO 统计数据 sar 命令使用参考

iostat

iostat 查看系统上的存储设备及分区的 IO 使用情况,常用选项及输出指标说明请参考 man iostat

# iostat -h -p -x 1 
Linux 3.10.0-1160.36.2.el7.x86_64 (qz1-aws-flutter-api2) 02/14/2025 _x86_64_ (32 CPU)

avg-cpu: %user %nice %system %iowait %steal %idle
9.36 0.00 3.15 0.00 0.03 87.46

Device: rrqm/s wrqm/s r/s w/s rkB/s wkB/s avgrq-sz avgqu-sz await r_await w_await svctm %util
nvme0n1
0.00 0.18 0.02 3.25 0.50 124.24 76.37 0.00 0.90 0.62 0.90 0.85 0.28
nvme0n1p1
0.00 0.18 0.02 3.25 0.50 124.24 76.37 0.00 0.90 0.62 0.90 0.85 0.28

参考链接|Bibliography

Systems Performance: Enterprise and the Cloud v2

脚注

sysctl 控制参数

下表列出一些常见的 Linux (Kernel 5.3)内存相关的调节参数,具体参数根据内核版本可能有所不同,其使用场景和含义需要查看对应内核版本的相关文档

Option Default Value Description Examples
vm.dirty_background_bytes
/proc/sys/vm/dirty_background_bytes
0 bytes 0 表示使用 vm.dirty_background_ratio 来决定将内存脏页(Memroy Dirty Pages)写回磁盘的阈值而不是使用 vm.dirty_background_bytes
- 设置为相对较高的值,会使内存中的数据延迟写入磁盘,产生较小的 IOPS,但是可能会导致数据不一致或丢失
- 设置为相对较低的值,会使内存数据及时写入磁盘,导致 IOPS 较高,数据丢失或不一致的风险较低
vm.dirty_background_ratio
/proc/sys/vm/dirty_background_ratio
10 默认当内存脏页数据达到内存大小的 10% 时,在后台触发 per-bdi writeback(Linux 早期(Linux 内核 3.0 之前)由 pdflush 负责处理脏页(dirty pages)写回磁盘的机制)将脏页数据写回磁盘。回写(Write-Back)操作由统一的内核线程 kworkerflush-<设备名> 处理
vm.dirty_bytes
/proc/sys/vm/dirty_bytes
0 bytes 定义强制写回的脏页阈值(以字节为单位)。
vm.dirty_ratio
/proc/sys/vm/dirty_ratio
20 定义强制写回的脏页阈值(以总内存的百分比表示)。
vm.dirty_writeback_centisecs
/proc/sys/vm/dirty_writeback_centisecs
500 定义写回线程的执行间隔(以百分之一秒为单位)。
vm.dirty_expire_centisecs
/proc/sys/vm/dirty_expire_centisecs
3000 定义脏页的最大“年龄”(超过这个时间的脏页会被优先写回)。
如需手动执行写回操作,可以使用命令 sync
vm.min_free_kbytes
/proc/sys/vm/min_free_kbytes
通常为 min_free_kbytes = sqrt(总内存 * 16) 控制系统保留的最小空闲内存量(以 KB 为单位),确保系统在内存压力下仍有足够的内存用于关键操作,如处理中断、内核操作等。
如果设置过小
- 系统可能在内存紧张时无法及时回收内存,导致性能下降。
- 网络流量或 I/O 密集型任务可能因内存分配失败而中断。
- 可能增加系统触发 OOM(Out-Of-Memory)的风险。
如果设置过大
- 系统可用内存减少,因为更多内存被预留。
- 可能导致用户空间任务频繁触发内存回收,降低整体性能。
vm.watermark_scale_factor
/proc/sys/vm/watermark_scale_factor
10 内核的内存水位标记( watermarks )机制
vm.watermark_boost_factor
/proc/sys/vm/watermark_boost_factor
15000 在内存压力下临时提升水位,保证一定的空闲内存。
vm.percpu_pagelist_high_fraction
/proc/sys/vm/percpu_pagelist_high_fraction
0 vm.percpu_pagelist_high_fraction
vm.overcommit_memory
/proc/sys/vm/overcommit_memory
vm.overcommit_ratio
vm.overcommit_kbytes
Linux 内存 Overcommit 机制详解
vm.swappiness
/proc/sys/vm/swappiness
60 控制 内核在内存不足前主动使用 Swap 的程度 ,取值范围: 0 - 100
- 0 : 尽可能 不使用 Swap ,只有在内存耗尽时才使用(适合数据库、低延迟应用)。
- 100 : 尽可能 频繁使用 Swap(适合桌面系统)
vm.vfs_cache_pressure 100 vm.vfs_cache_pressure
vm.admin_reserve_kbytes
/proc/sys/vm/admin_reserve_kbytes
3% Free Pages 为系统管理员保留一定量的内存,以防止在内存紧张时关键的管理任务(如登录、执行命令等)无法正常运行。这部分内存不会被普通用户进程占用,即使在系统内存紧张时也会保留。
memory_failure_early_kill
/proc/sys/vm/memory_failure_early_kill
0 用于控制在发生内存故障时,系统是否立即将有问题的内存页标记为不可用,并杀死访问该内存的进程。
- 默认值是 0 ,表示不立即杀死进程。
- 启用后(值为 1) 当检测到内存错误时,系统会尽早杀死访问该内存的进程,以避免更多的系统崩溃或错误发生。
memory_failure_recovery
/proc/sys/vm/memory_failure_recovery
1 当检测到内存故障时,系统可以尝试 恢复错误的内存页
- 默认值是 1 ,表示启用内存恢复机制。
- 禁用后(值为 0) : 系统不尝试恢复内存错误,可能会更直接地采取 杀死进程标记内存为不可用 的操作。
/proc/sys/vm/drop_caches 默认值始终为 0 允许管理员手动清理 Linux 内存缓存,包括:
- Page Cache(页面缓存) : 主要用于加速文件读取。
- Dentry Cache(目录项缓存) : 记录文件路径信息,加快目录访问。
- Inode Cache(索引节点缓存) : 记录文件元数据,如大小、权限等。
drop_caches 不会影响进程已使用的内存,只是释放 内核缓存 适用于 测试、性能调优、观察内存使用情况 ,但不建议频繁使用。
可选值包括:
- 1 : 清理 Page Cache ,释放文件数据缓存
- 2 : 清理 DentryInode Cache,释放目录路径和文件元数据缓存
- 3 : 清理 Page CacheDentryInode Cache(全部)
建议同步数据到磁盘(sync)后清理,防止数据丢失
/proc/sys/vm/compact_memory 默认值始终为 0 compact_memory
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S3

s3 配置跨域

当使用 aws 的 cloudfront 或其他第三方 cdn (如 cdn77)为域名加速,资源是回源到 aws s3 的情况下,一般都需要配置 允许跨域,此种情况需要在 aws s3 存储桶中配置允许跨域 [1]

配置步骤如下:

  1. 定位到目标 s3 桶,进入 权限 管理页面

  2. 找到 CORS 配置,配置以下 JSON 格式内容,允许所有源的跨域

    [
    {
    "AllowedHeaders": [
    "*"
    ],
    "AllowedMethods": [
    "POST",
    "GET"
    ],
    "AllowedOrigins": [
    "*"
    ],
    "ExposeHeaders": []
    }
    ]

  3. Cloudfront 中,回源到此 S3 的加速域名配置中,行为 按照下图配置,主要为开启 OPTIONS 缓存,并在响应标头策略中选择: CORS-with-preflight-and-SecurityHeadersPolicy [2]

    此配置为可选配置,可以解决客户端偶尔会遇到的因跨域问题而导致的资源获取失败问题。

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环境信息

  • Python3.10

Python 执行 shell 命令

subprocess 模块

subprocess.check_output() 执行一个外部命令并以Python字符串的形式获取执行结果 [1]

import subprocess
out_bytes = subprocess.check_output(['netstat','-a'])

如果你需要文本形式返回,加一个解码步骤即可

out_text = out_bytes.decode('utf-8')

如果被执行的命令以非零码返回,就会抛出异常。 下面的例子捕获到错误并获取返回码:

try:
out_bytes = subprocess.check_output(['cmd','arg1','arg2'])
except subprocess.CalledProcessError as e:
out_bytes = e.output # Output generated before error
code = e.returncode # Return code

默认情况下,check_output() 仅仅返回输入到标准输出的值。 如果你需要同时收集标准输出和错误输出,使用 stderr 参数:

out_bytes = subprocess.check_output(['cmd','arg1','arg2'],
stderr=subprocess.STDOUT)
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环境信息说明

  • Docker 镜像 majiajue/jdk1.8

以下示例记录实现获取百度云账户余额演示简单 Java 脚本在 Docker 容器中运行的过程和错误

运行 docker 容器

docker run -it majiajue/jdk1.8 bash

在容器中下载 SDK 并将其放在 /app/ 目录下,如 /app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/bce-java-sdk-0.10.351.jar,为了让 JAVA 能找到此 JAR 文件,在容器路径 ~/.bashrc 中添加自定义的 Jar 文件路径

~/.bashrc
export CLASSPATH=$CLASSPATH:/app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/bce-java-sdk-0.10.351.jar:/app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/guava-33.4.0-jre.jar:/app/bce-java-sdk-0.10.351/third-party/*

获取余额的代码如下,容器中代码路径为 /app/BalanceQuery.java

/app/BalanceQuery.java
import com.baidubce.auth.DefaultBceCredentials;
import com.baidubce.services.billing.BillingClient;
import com.baidubce.services.billing.BillingClientConfiguration;
import com.baidubce.services.billing.model.finance.SupervisorBalanceQueryRequest;
import com.baidubce.services.billing.model.finance.UserBalanceQueryRequest;
import com.baidubce.services.billing.model.finance.UserBalanceQueryResponse;
import com.baidubce.services.billing.model.finance.SupervisorBalanceResponse;
import java.util.Arrays;

public class BalanceQuery {

public static void main(String[] args) {
String accessKeyId = "ALTAKINjySCAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAAA";
String secretAccessKey = "5290cfc18BBBBBBBBBBBBBBBBBBBBB";

BillingClientConfiguration config = new BillingClientConfiguration();
config.setCredentials(new DefaultBceCredentials(accessKeyId, secretAccessKey));
config.setEndpoint("https://billing.baidubce.com");

BillingClient client = new BillingClient(config);

try {

UserBalanceQueryResponse response = client.userBalanceQuery();

System.out.println("Balance: " + response.getCashBalance());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
System.err.println("Failed");
}
}
}

在容器中(/app/)编译执行

如果未在容器环境变量中添加自定义的 JAR 路径(如 /app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/bce-java-sdk-0.10.351.jar:/app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/guava-33.4.0-jre.jar:/app/bce-java-sdk-0.10.351/third-party/*) 需要在编译(javac) 和执行 (java)时使用参数 -cp "/app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/bce-java-sdk-0.10.351.jar:/app/bce-java-sdk-0.10.351/lib/guava-33.4.0-jre.jar:/app/bce-java-sdk-0.10.351/third-party/*:." 指定自定义文件路径,否则会导致某些类找不到

需要注意 -cp 选项中需要包含当前目录 . ,否则会导致找不到编译后的脚本文件,报错: Error: Could not find or load main class BalanceQuery

# cd /app/

# javac BalanceQuery.java

# java BalanceQuery
Balance: 1999.5100

java -cp "./bce-java-sdk-0.10.351/lib/bce-java-sdk-0.10.351.jar:./bce-java-sdk-0.10.351/third-party/*:." BalanceQuery
Balance: 1999.5100

如需在宿主机(容器外)执行脚本,参考以下命令:

# docker compose exec -it java_jdk_1.8 sh -c 'cd /app/;java -cp "./bce-java-sdk-0.10.351/lib/bce-java-sdk-0.10.351.jar:./bce-java-sdk-0.10.351/third-party/*:." BalanceQuery'

Balance: 1999.5100

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本文档中未明确指定 Linux 系统版本信息时,默认为 Centos 7.

automake

编译安装软件报错

error: require Automake 1.14, but have 1.13.4

Automake 版本不匹配,需要安装 Automake 1.14

$ rpm -qa | grep automake
automake-1.13.4-3.el7.noarch

以下步骤安装 automake-1.14.1

wget http://ftp.gnu.org/gnu/automake/automake-1.14.1.tar.gz
tar -xf automake-1.14.1.tar.gz
cd automake-1.14.1
./bootstrap.sh

以上步骤执行完成后,会生成 configure 可执行文件

./configure
make
make install

安装完成后,执行以下命令验证版本

$ automake --version
automake (GNU automake) 1.14.1
Copyright (C) 2013 Free Software Foundation, Inc.
License GPLv2+: GNU GPL version 2 or later <http://gnu.org/licenses/gpl-2.0.html>
This is free software: you are free to change and redistribute it.
There is NO WARRANTY, to the extent permitted by law.

Written by Tom Tromey <[email protected]>
and Alexandre Duret-Lutz <[email protected]>.

makeinfo

编译安装软件报错

makeinfo: command not found

makeinfo 命令不存在,执行以下命令安装

yum install texinfo

gcc

no acceptable C compiler found in $PATH

缺少 gcc 编译器,安装即可

yum install -y gcc

A compiler with support for C++11 language features is required

编译安装软件时报错

configure: error: *** A compiler with support for C++11 language features is required.

错误原因为 gcc 版本太低。查看当前 gcc 版本

$ gcc -v
Using built-in specs.
COLLECT_GCC=gcc
COLLECT_LTO_WRAPPER=/usr/libexec/gcc/x86_64-redhat-linux/4.8.5/lto-wrapper
Target: x86_64-redhat-linux
Configured with: ../configure --prefix=/usr --mandir=/usr/share/man --infodir=/usr/share/info --with-bugurl=http://bugzilla.redhat.com/bugzilla --enable-bootstrap --enable-shared --enable-threads=posix --enable-checking=release --with-system-zlib --enable-__cxa_atexit --disable-libunwind-exceptions --enable-gnu-unique-object --enable-linker-build-id --with-linker-hash-style=gnu --enable-languages=c,c++,objc,obj-c++,java,fortran,ada,go,lto --enable-plugin --enable-initfini-array --disable-libgcj --with-isl=/builddir/build/BUILD/gcc-4.8.5-20150702/obj-x86_64-redhat-linux/isl-install --with-cloog=/builddir/build/BUILD/gcc-4.8.5-20150702/obj-x86_64-redhat-linux/cloog-install --enable-gnu-indirect-function --with-tune=generic --with-arch_32=x86-64 --build=x86_64-redhat-linux
Thread model: posix
gcc version 4.8.5 20150623 (Red Hat 4.8.5-44) (GCC)

安装 gcc-8.3.0

以下步骤演示安装 gcc-8.3.0 [1]

  1. 下载安装包,官方下载地址
    wget ftp://ftp.irisa.fr/pub/mirrors/gcc.gnu.org/gcc/releases/gcc-8.3.0/gcc-8.3.0.tar.gz
    tar -xf gcc-8.3.0.tar.gz
    cd gcc-8.3.0
  2. 编译安装。编译依赖 GMP 4.2+, MPFR 2.4.0+ and MPC 0.8.0+,需要先按照顺序安装这 3 个依赖。依赖安装参考: 安装 GMP安装 MPFR安装 MPC
    $ ./configure --prefix=/usr/local/gcc-8.3.0 --disable-multilib
    $ make
    $ make install
  3. 安装完成后,需要更新系统标准库 查看当前系统使用的 gcc 库文件,可以看到版本为 libstdc++.so.6.0.19
    $ ls /usr/lib64/libstdc++.so.6
    libstdc++.so.6 libstdc++.so.6.0.19

    $ ls /usr/lib64/libstdc++.so.6 -l
    lrwxrwxrwx 1 root root 19 May 30 08:05 /usr/lib64/libstdc++.so.6 -> libstdc++.so.6.0.19
    执行以下操作,更新 libstdc++.so.6 到最新安装的版本
    $ rm -rf /usr/lib64/libstdc++.so.6

    $ ln -s /usr/local/gcc-8.3.0/lib64/libstdc++.so.6.0.25 /usr/lib64/libstdc++.so.6

    $ ls /usr/lib64/libstdc++.so.6 -l
    lrwxrwxrwx 1 root root 46 Jun 9 09:31 /usr/lib64/libstdc++.so.6 -> /usr/local/gcc-8.3.0/lib64/libstdc++.so.6.0.25

安装 GMP

安装包下载地址

wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/gmp-6.1.0.tar.bz2
tar -jxvf gmp-6.1.0.tar.bz2
cd gmp-6.1.0
./configure
make && make install

安装 MPFR

安装包下载地址

wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/mpfr-3.1.4.tar.bz2
tar -jxvf mpfr-3.1.4.tar.bz2
cd mpfr-3.1.4
./configure
make && make install

安装 MPC

安装包下载地址

wget ftp://gcc.gnu.org/pub/gcc/infrastructure/mpc-1.0.3.tar.gz
tar -zxvf mpc-1.0.3.tar.gz
cd mpc-1.0.3
./configure
make && make install
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perf 是 Linux 中标准的 Profiler,常用于 CPU Profiling、CPU flame Graphs、Syscall Tracing 等。

perf 命令行操作

perf 常用子命令,命令帮助及选项参数帮助文档可查看 man perfman perf-recordman perf-report

子命令 说明 示例
record 进行 Profile 操作并将结果写入 perf.data
report 读取 perf.data (created by perf record)并展示 Profile 内容
script 读取 perf.data (created by perf record)并展示堆栈内容
stat 显示 PMC(Performance Monitor Counter) 统计数据
list 列出系统支持的事件(Event)列表

perf record 命令常用选项

选项 说明 示例
-F, --freq= 指定 Profile 的频率,使用 max 以当前系统允许的最大频率(对应内核参数 kernel.perf_event_max_sample_rate)进行 Profile
通常建议 99 Hz
-a, --all-cpus 采集所有 CPU 的全局数据,默认操作
-g Kernel Space 和 User Space Stack Traces
-p, --pid= 对指定 PIDs (comma separated list) 进行采样
-e, --event= 针对 Event 进行采样追踪 perf record -F 99 -a -e sched:sched_process_exec

perf report 命令常用选项

选项 说明 示例
-n, --show-nr-samples 显示每个 Symbol 采样的数量
-s, --sort= 按照指定的(CSV)字段排序

perf 使用示例

记录使用 exec 启动的进程

通过监控系统调用事件,可以采样/追踪系统上符合条件的行为,比如以下命令追踪使用 exec 系统调用启动的进程

# perf record -F 99 -a -e sched:sched_process_exec

# perf report
Overhead Command Shared Object Symbol
40.48% runc [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
34.86% exe [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
24.57% rsync [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
0.06% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
0.03% watchtower [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm

添加 -g 选项追踪详细的堆栈信息

# perf record -F 99 -a -e sched:sched_process_exec -g

# perf report
Children Self Command Shared Object Symbol
+ 59.92% 59.92% rsync [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
+ 59.92% 0.00% rsync ld-linux-x86-64.so.2 [.] _start
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] entry_SYSCALL_64_after_hwframe
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] do_syscall_64
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] x64_sys_call
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] __x64_sys_execve
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] do_execveat_common.isra.0
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] bprm_execve
+ 59.92% 0.00% rsync [kernel.kallsyms] [k] bprm_execve.part.0
+ 40.02% 40.02% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh ld-linux-x86-64.so.2 [.] _start
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] entry_SYSCALL_64_after_hwframe
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] do_syscall_64
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] x64_sys_call
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] __x64_sys_execve
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] do_execveat_common.isra.0
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] bprm_execve
+ 40.02% 0.00% rsync2Server.sh [kernel.kallsyms] [k] bprm_execve.part.0
0.07% 0.07% sleep [kernel.kallsyms] [k] exec_binprm
0.07% 0.00% sleep ld-linux-x86-64.so.2 [.] _start
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] entry_SYSCALL_64_after_hwframe
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] do_syscall_64
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] x64_sys_call
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] __x64_sys_execve
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] do_execveat_common.isra.0
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] bprm_execve
0.07% 0.00% sleep [kernel.kallsyms] [k] bprm_execve.part.0

perf 读取 PMC 统计数据

使用以下命令可以读取系统中的 PMC 统计数据,其中包含了 CPU 使用时钟、CPU Context Switch、CPU Migrations、Page-Faults 等统计信息

# perf stat -a -- sleep 10

Performance counter stats for 'system wide':

40,019.66 msec cpu-clock # 4.000 CPUs utilized
51,242 context-switches # 1.280 K/sec
4,912 cpu-migrations # 122.740 /sec
7,944 page-faults # 198.502 /sec
<not supported> cycles
<not supported> instructions
<not supported> branches
<not supported> branch-misses

10.004545496 seconds time elapsed

<not supported> 可能包括以下原因:

  • 缺乏硬件支持
    • 某些处理器可能不支持所需的硬件性能计数器(如 cyclesinstructions
    • 这可能出现在虚拟机环境中,尤其是未启用硬件性能监控功能的虚拟机。
  • 权限不足
    • 性能计数器访问可能需要更高权限,通常是 root 权限
  • 内核配置问题
    • perf 依赖于 Linux 内核的性能监控功能。如果内核未启用某些性能计数器,可能会导致 <not supported>
  • 禁用了特定的事件源
    • 某些环境中,特定性能监控功能可能被内核禁用(例如为了安全性)。

参考链接|Bibliography

Systems Performance: Enterprise and the Cloud v2

脚注

环境信息

  • centos7
  • python3
  • Django 4

ModuleNotFoundError: No module named ‘MySQLdb’

ModuleNotFoundError: No module named ‘MySQLdb’

django.core.exceptions.ImproperlyConfigured: Error loading MySQLdb module.

解决方法

pip3 install pymysql

编辑文件./python36/lib/python3.6/site-packages/django/db/backends/mysql/__init__.py, 输入以下内容

import pymysql 
pymysql.install_as_MySQLdb()
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在 Python 中,可以使用 Prometheus Python Client Library 来输出 Metrics,供 Prometheus 采集。

安装 Prometheus 客户端库

pip install prometheus-client

以下是一个完整的示例,展示如何设置和暴露 Metrics:

from prometheus_client import start_http_server, Summary, Counter, Gauge, Histogram
import random
import time

# 定义 Metrics
REQUEST_TIME = Summary('request_processing_seconds', 'Time spent processing request')
REQUEST_COUNT = Counter('request_count', 'Total number of requests')
IN_PROGRESS = Gauge('in_progress_requests', 'Number of requests in progress')
REQUEST_LATENCY = Histogram('request_latency_seconds', 'Histogram of request latency')

# 模拟一个请求处理函数
@REQUEST_TIME.time() # 使用 Summary 记录函数运行时间
def process_request():
REQUEST_COUNT.inc() # 记录请求次数
IN_PROGRESS.inc() # 增加正在进行的请求数

latency = random.random() # 模拟随机延迟
REQUEST_LATENCY.observe(latency) # 记录延迟
time.sleep(latency)

IN_PROGRESS.dec() # 减少正在进行的请求数

if __name__ == "__main__":
# 启动 HTTP Server,用于暴露 Metrics
start_http_server(8000) # 默认端口 8000
print("Prometheus metrics available at http://localhost:8000/metrics")

# 模拟请求处理
while True:
process_request()

Metrics 类型说明(对应 Prometheus 中相关的数据类型)

  • Summary : 用于记录事件的持续时间或大小(例如请求处理时间)。
  • Counter : 计数器,记录事件的总发生次数(例如请求总数)。
  • Gauge : 测量当前值,可以增加或减少(例如当前活跃请求数)。
  • Histogram : 创建直方图,记录数据分布(例如请求延迟分布)。

向 Prometheus 暴露 Metrics

start_http_server(8000) 会启动一个 HTTP 服务器,在 /metrics 路径下暴露指标数据。Prometheus 将通过该路径采集数据。

装饰器

使用 @REQUEST_TIME.time() 装饰器自动记录函数执行时间。

标签

可以在指标中添加 标签(Labels) 来提供多维度的指标。

REQUEST_COUNT.labels(method='GET').inc()
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Program 是一个静态实体,只是存储在操作系统中的文件(集合)

Process 是操作系统上的活动(Active)实体,是 Program 由操作系统加载到内存并运行之后的实体。

Process 运行过程中需要操作系统为其分配各种资源,如 CPU、Memory、Files、IO 等来完成其运行。

如果一个 Program 被操作系统运行(启动)了多次,那么其产生的多个 Process 属于分割(单独)的实体。

Linux 系统中调度的进程/线程,通常被称为任务(Task)

Linux 中常见的进程状态如下表:

状态标识 状态名称 状态说明 示例
R task_running 进程处于运行或就绪状态
S task_interruptible
sleeping
可中断的睡眠状态
D task_uninterruptible 不可中断的睡眠状态
1. 它是一种睡眠状态,意味着处于此状态的进程不会消耗 CPU
2. 睡眠的原因是等待某些资源(比如锁或者磁盘 IO),这也是非常多 D 状态的进程都处在处理 IO 操作的原因
3. 是它不能被中断,这个要区别于 硬件中断 的中断,是指不希望在其获取到资源或者超时前被终止。因此他不会被信号唤醒,也就不会响应 kill -9 这类信号。这也是它跟 S(可中断睡眠)状态的区别
T task_stopped
task_traced
Traced
暂停状态或跟踪状态
Z task_dead
exit_zombie
zombie
退出状态,进程成为僵尸进程
X task_dead
exit_dead
退出状态,进程即将被销毁
I idle 空闲状态
+ 表示关联了前台操作(Foreground Operation),比如前台运行的进程

进程调度

Linux 中任务(Task)调度算法默认使用 CFS(Completely Fair Scheduler,内核版本 >= 2.6.23).

CFS 调度算法没有使用固定的进程(此处的进程可能是进程或者线程,Linux 中统称为 Task)优先级(Priority),而是根据进程的 nice value 为进程分配一定比例的(Proportional) CPU 计算时间。 [1]

nice 的取值从 -20 - +19,值越小,优先级越高,默认值为 0 。优先级高的进程会被分配到更高比例的 CPU 处理时间。

在 Linux 内核中,优先级分为两种:静态优先级和动态优先级。CFS 使用的是动态优先级,它是根据 nice 值计算出来的。

CFS Scheduler 不会直接设定 Priorities,而是为每个 Task 维护变量 vruntime(virtual runtime)(可以检查系统 /proc/<PID>/sched),这个值记录了每个 task 使用了多少 CPU 时间。

CFS 通过将进程的虚拟运行时间(vruntime)与其他进程的虚拟运行时间进行比较来决定调度优先级。权重越大,vruntime 增长越慢,意味着进程的优先级越高,能够更频繁地被调度。

假入一个任务有默认的 Priority(nice=0),那么他的 vruntime 和实际使用的 CPU 时间相同。例如一个 nice=0 的进程使用了 CPU 200ms,那么他的 vruntime=200ms低优先级(low priority,nice>0 的任务在 CPU 上运行了 200ms,那么他的 vruntime>200ms,相反的,一个 高优先级(high priority,nice<0 的任务在 CPU 上运行了 200ms,那么他的 vruntime<200ms基于此,CFS Scheduler 在选择下一个要执行的任务时,会选择 vruntime 最小的任务来运行。如果有高优先级的任务就绪(可执行),它会抢占(preemptive)正在执行的低优先级的任务。

假如 Linux 中有 2 个优先级一样的任务(nice=0),一个进程为 I/O-bound,另一个为 CPU-bound。通常情况下,在一个 CPU 周期内,I/O-bound 的任务会使用很少的 CPU 时间就会因等待 IO 而中断在 CPU 上的执行并进入 CPU 的等待调度队列(schedule queue),而 CPU-bound 的任务会用尽分配给它的整个 CPU 周期。执行一段时间之后, I/O-bound 的任务的 vruntime 的值会显著的小于 CPU-bound 的任务的 vruntime,导致 I/O-bound 的任务拥有比 CPU-bound 的任务更高的优先级,当 I/O-bound 的任务就绪(IO 返回数据)时,它会立即抢占 CPU 开始执行。

nice 只能针对单一的进程调整优先级,无法同时将优先级配置关联到相关进程,如 子进程或者同一个服务中的其他进程

修改 nice 的值

在 Linux 中,nice 值用于调整进程的优先级,数值范围从 -20最高优先级 )到 19最低优先级 )。较低的 nice 值表示进程有更高的优先级,会更频繁地获得 CPU 时间,而较高的 nice 值表示进程有较低的优先级。

你可以使用 nicerenice 命令来修改进程的 nice

普通用户(root 之外的用户)启动应用程序时默认只能配置初始 nice0-19

普通用户(root 之外的用户)修改正在运行的应用程序的 nice 值,只能改大,不能改小。比如进程启动时,其 nice10,拥有权限的普通用户只能将其 nice 值改为大于 10 的值。

nice 命令

nice 命令用于在启动进程时指定 nice 。如果不指定,默认 nice 值为 0

nice -n 10 command

renice 命令

renice 命令可以修改已经在运行的进程的 nice 值。需要提供进程 ID( PID )来指定要修改的进程。

renice <nice_value> -p <PID>

如果想要一次修改多个进程的 nice 值,可以传递多个 PID:

sudo renice 10 -p 1234 2345 3456

Linux 进程资源控制 cgroups

cgroups 可以将一个任务(task)标识(绑定)到一个特殊的 控制组(Control Group ,此任务启动的子进程可以继承父进程的 控制组(Control Group

控制组(Control Group 可以限制的资源类型如下:

Type Description
blkio Storage
限制到存储设备(如 Hard Disk、USB Drivers等)的请求
cpu CPU
限制 CPU 调度
cpuacct Process Accounting
上报 CPU 使用状态,可以用于统计客户端使用的处理量并进行收费
cpuset CPU Assignment
在多处理器的系统上,将 Task 分配到特定的处理器以及关联的内存
devices Device Access
限制 控制组(Control Group 中的 Task 对目标设备类型的使用
freezer Suspend/Resume
暂停/恢复 控制组(Control Group 中的 Task
memory Memory Usage
限制并报告 控制组(Control Group 中的 Task 使用的内存
net_cls Network Bandwidth
制并报告 控制组(Control Group 中的 Task 使用的网络流量,主要通过对网络流量打上 cgroups 相关标签实现
net_prio Network Traffic
控制 控制组(Control Group 中的网络流量的优先级
ns Namespaces
cgroups 分配到不同的 Namespaces,如此同一个 cgroups 中的进程只能看到本 Namespace 中的进程

Linux 进程管理

进程命令名和进程可执行文件名

在系统中遇到以下进程:

# ps -elf | grep 18686
5 S root 18686 1239 0 80 0 - 46620 pipe_w 15:50 ? 00:00:00 /usr/sbin/CROND -n
0 R root 18694 18686 7 80 0 - 610547 - 15:50 ? 00:00:02 /usr/local/php73/bin/php /home/www/admin/artisan PullData
0 S root 18754 18686 0 80 0 - 22453 pipe_w 15:50 ? 00:00:00 /usr/sbin/sendmail -FCronDaemon -i -odi -oem -oi -t -f root

其中 PID 为 18686 的进程名为 /usr/sbin/CROND,其启动了另外两个子进程。但是在系统中检查,并不存在路径 /usr/sbin/CROND

# ls -l /usr/sbin/CROND
ls: cannot access /usr/sbin/CROND: No such file or directory

出现此种现象,主要是因为 在启动时,进程的命令名是根据路径传递给 execve() 函数的参数决定的,而不是直接与系统中的文件进行匹配

在 Linux 系统中,ps 命令显示的进程信息是从 /proc 文件系统中获取的,而 /proc 文件系统包含有关正在运行的进程的信息,包括每个进程的命令名。因此,即使实际上系统中不存在 /usr/sbin/CROND 文件,但如果进程的命令名是 /usr/sbin/CROND,那么 ps 命令仍然会显示进程的命令名为 /usr/sbin/CROND

进程的命令名可以查看 /proc/<PID>/cmdline 文件,本示例中显示如下:

# cat /proc/18686/cmdline 
/usr/sbin/CROND-n

对应的系统上的可执行文件的名称可以查看 /proc/<PID>/stat/proc/<PID>/comm/proc/<PID>/status 等文件

# cat /proc/900/comm 
crond

# cat /proc/900/status
Name: crond
Umask: 0022
State: S (sleeping)
Tgid: 900
Ngid: 0
Pid: 900
PPid: 1239
TracerPid: 0

# cat /proc/900/stat
900 (crond) S 1239 1239 1239 0 -1 4202816 1627 0 0 0 0 0 0 0 20 0 1 0 139129633 190955520 1478 18446744073709551615 94685936058368 94685936118156 140733000396032 140733000262488 140427856103840 0 0 4096 16387 18446744071797306256 0 0 17 3 0 0 0 0 0 94685938219080 94685938221648 94685948321792 140733000400770 140733000400789 140733000400789 140733000400872 0

在本示例中,实际执行的命令为 crond

进程状态检查

top 命令

使用 top 命令可以查看系统负载、CPU 和 内存使用情况。也可以查看单个进程的具体信息。

htoptop 命令的一个变种,它提供了更多的交互性、定制性以及其他一些功能,但是它同时使用了相比 top 更多的资源(4 倍多的 syscalls

top 命令常用选项

选项 说明 示例
-H Threads Mode,线程模式。默认情况 top 展示进程的简要信息,使用此选项显示进程中的线程状态。
对应交互式命令 H

top 常用交互命令

命令 说明
P CPU Utilization 排序,默认排序方式
M Memory Utilization 排序
I Irix/Solaris-Mode 切换。
默认为 Itrix Mode,在这种模式下,如果某个进程使用了系统中的 2 个 CPU 的所有计算资源,则其 CPU 使用率展示为 200%,依此类推。
在 Solaris Mode 下,进程的 CPU 使用率是整体 CPU 使用的资源除于 CPU 数。如在 4 CPU 的系统中,Itrix 模式下,进程 CPU 使用率为 200%,在 Solaris 模式下,则为 50%
  • 显示单个进程的(线程)详细信息
    # top -H -p 1423
    top - 09:44:42 up 54 days, 23:53, 2 users, load average: 8.82, 6.84, 7.21
    Threads: 15 total, 0 running, 15 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
    %Cpu(s): 40.9 us, 10.8 sy, 0.0 ni, 48.1 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.2 si, 0.0 st
    KiB Mem : 15790488 total, 466056 free, 7761544 used, 7562888 buff/cache
    KiB Swap: 0 total, 0 free, 0 used. 3895716 avail Mem

    PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
    1423 root 20 0 1477368 778788 4260 S 39.5 4.9 11999:41 [watchdog:1:6]
    2572 root 20 0 1477368 778788 4260 S 37.9 4.9 11363:48 [watchdog:1:6]
    1436 root 20 0 1477368 778788 4260 S 34.2 4.9 11286:08 [watchdog:1:6]
    1435 root 20 0 1477368 778788 4260 S 33.9 4.9 12059:53 [watchdog:1:6]
    1434 root 20 0 1477368 778788 4260 S 33.2 4.9 10249:00 [watchdog:1:6]
    1437 root 20 0 1477368 778788 4260 S 30.6 4.9 11717:47 [watchdog:1:6]
    1431 root 20 0 1477368 778788 4260 S 28.9 4.9 11222:06 [watchdog:1:6]
    21378 root 20 0 1477368 778788 4260 S 27.6 4.9 12143:35 [watchdog:1:6]
    1433 root 20 0 1477368 778788 4260 S 17.6 4.9 8738:21 [watchdog:1:6]
    1428 root 20 0 1477368 778788 4260 S 8.0 4.9 7650:56 [watchdog:1:6]
    1429 root 20 0 1477368 778788 4260 S 0.0 4.9 0:00.04 [watchdog:1:6]
    1430 root 20 0 1477368 778788 4260 S 0.0 4.9 0:00.05 [watchdog:1:6]
    1432 root 20 0 1477368 778788 4260 S 0.0 4.9 0:00.03 [watchdog:1:6]
    1438 root 20 0 1477368 778788 4260 S 0.0 4.9 12260:30 [watchdog:1:6]
    1529 root 20 0 1477368 778788 4260 S 0.0 4.9 11068:39 [watchdog:1:6]

pidstat

pidstat 命令用于检查 Linux 内核管理的进程的状态。帮助文档请查看 man pidstat。要查看特定的进程的信息,使用 -p [PID|ALL] 选项,查看子进程相关信息,参考 -T [TASK | CHILD | ALL] 选项

命令常用选项

选项 说明 示例
-d 报告 I/O statistics
-C comm 查看 command name 的详细信息, comm 可以是正则表达式 pidstat -C chrome -T CHILD 1 10
-p { pid[,...] / SELF / ALL } 查看指定的 PID 或者所有(ALL) 进程的统计信息,不指定默认使用 -p ALL
-e program args 使用指定的 args 运行 program 并使用 pidstat 监控其统计数据
-l 在统计输出中,包含详细的命令及其参数
-r 统计进程的 faults 和 Memory 使用情况
-T { TASK / CHILD / ALL }
-t
查看子进程相关统计信息
-u CPU 使用率
-w 统计进程上下文切换(Context Switch)信息

查看指定的 PID 以及关联的子进程的统计信息

# pidstat -t -p 22737 1 1
Linux 3.10.0-1160.49.1.el7.x86_64 (ecs-34a8) 11/26/2024 _x86_64_ (2 CPU)

04:04:52 PM UID TGID TID %usr %system %guest %CPU CPU Command
04:04:53 PM 0 22737 - 0.00 0.00 0.00 0.00 0 python3
04:04:53 PM 0 - 22737 0.00 0.00 0.00 0.00 0 |__python3
04:04:53 PM 0 - 22805 0.00 0.00 0.00 0.00 1 |__python3
04:04:53 PM 0 - 22806 0.00 0.00 0.00 0.00 0 |__python3
04:04:53 PM 0 - 22807 0.00 0.00 0.00 0.00 1 |__python3
04:04:53 PM 0 - 22808 0.00 0.00 0.00 0.00 0 |__python3
04:04:53 PM 0 - 22809 0.00 0.00 0.00 0.00 0 |__python3
04:04:53 PM 0 - 22810 0.00 0.00 0.00 0.00 1 |__python3

Average: UID TGID TID %usr %system %guest %CPU CPU Command
Average: 0 22737 - 0.00 0.00 0.00 0.00 - python3
Average: 0 - 22737 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3
Average: 0 - 22759 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3
Average: 0 - 22806 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3
Average: 0 - 22807 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3
Average: 0 - 22808 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3
Average: 0 - 22809 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3
Average: 0 - 22810 0.00 0.00 0.00 0.00 - |__python3

查看进程使用的内存以及 faults 统计信息

# pidstat -r | more
Linux 6.8.0-1017-aws (U-3TSDMAL9IVFAQ) 11/26/2024 _x86_64_ (4 CPU)

03:17:25 PM UID PID minflt/s majflt/s VSZ RSS %MEM Command
03:17:25 PM 0 1 0.97 0.00 168668 13552 0.08 systemd
03:17:25 PM 0 147 1.85 0.00 228472 158232 0.98 systemd-journal
03:17:25 PM 0 189 0.00 0.00 289100 27392 0.17 multipathd
03:17:25 PM 0 199 0.00 0.00 12160 6376 0.04 systemd-udevd
03:17:25 PM 118 512 0.00 0.00 14624 6400 0.04 systemd-oomd
03:17:25 PM 100 551 0.00 0.00 16044 7296 0.05 systemd-network
03:17:25 PM 101 553 0.00 0.00 26512 10240 0.06 systemd-resolve
03:17:25 PM 0 643 0.00 0.00 2816 1920 0.01 acpid
03:17:25 PM 123 644 0.00 0.00 19088 3840 0.02 avahi-daemon
03:17:25 PM 102 645 0.00 0.00 31628 7436 0.05 dbus-daemon
03:17:25 PM 0 646 0.00 0.00 278416 14852 0.09 NetworkManager
03:17:25 PM 0 649 0.01 0.00 757540 17788 0.11 euc-analytics-a
03:17:25 PM 0 653 0.00 0.00 82768 3840 0.02 irqbalance
03:17:25 PM 0 656 0.00 0.00 48880 10368 0.06 networkd-dispat

查看进程使用的 CPU 统计信息

# pidstat -u -l | more
Linux 6.8.0-1017-aws (U-3TSDMAL9IVFAQ) 11/26/2024 _x86_64_ (4 CPU)

04:08:08 PM UID PID %usr %system %guest %wait %CPU CPU Command
04:08:08 PM 0 1 0.04 0.02 0.00 0.02 0.06 1 /sbin/init
04:08:08 PM 0 2 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 kthreadd
04:08:08 PM 0 15 0.00 0.00 0.00 0.01 0.00 0 ksoftirqd/0
04:08:08 PM 0 49 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 khugepaged
04:08:08 PM 0 63 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3 kworker/3:1H-kblockd
04:08:08 PM 0 64 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3 kswapd0
04:08:08 PM 0 75 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 kworker/2:1H-kblockd
04:08:08 PM 0 100 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 jbd2/nvme0n1p1-8
04:08:08 PM 0 102 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1 kworker/1:1H-kblockd
04:08:08 PM 0 129 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0 kworker/0:1H-kblockd
04:08:08 PM 0 147 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 3 /lib/systemd/systemd-journald
04:08:08 PM 0 189 0.00 0.00 0.00 0.00 0.01 3 /sbin/multipathd -d -s
04:08:08 PM 0 199 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3 /lib/systemd/systemd-udevd
04:08:08 PM 0 382 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 2 jbd2/nvme1n1p1-8
04:08:08 PM 118 512 0.05 0.05 0.00 0.00 0.10 3 /lib/systemd/systemd-oom
d

在使用 pidstat 时如果未指定统计数据的采样间隔及采样次数,则 默认统计的是从系统启动以来的平均资源使用率,如果目标进程的运行时间相对于系统启动时间很短(例如仅几分钟),那么它的平均 CPU 使用率会趋近于 0 。比如以下示例:

未指定采样间隔及采样次数 ,统计结果显示进程的 CPU 使用率为 0

# pidstat  | grep gzip
01:37:06 PM 0 784 0.00 0.00 0.00 0.00 4 gzip

以下命令指定采样间隔和采样次数 ,统计结果显示 CPU 使用率较高

# pidstat 1 1 | grep gzip
01:37:14 PM 0 1974 15.69 1.96 0.00 87.65 7 gzip
Average: 0 1974 15.69 1.96 0.00 87.65 - gzip

参考链接|Bibliography

Operating System Concepts v10 Online
Linux进程状态说明

脚注


  1. 1.Operating System Concepts v10 Online 5.7.1 Example: Linux Scheduling

批量下载

Python3 批量下载文件中给定的 urls

假如需要下载的 urls 存在于给定的文件中(每行一个 url),本示例演示批量并发下载,假设 urls 存在于文件 urls.txt

import concurrent.futures
import requests

# 创建一个函数来下载图片
def download_image(url):
try:
response = requests.get(url)
response.raise_for_status() # 检查是否有 HTTP 错误
print(f"下载完成: {url}")
except requests.exceptions.RequestException as e:
print(f"下载失败: {url}, 错误: {e}")


# 从文件中读取图片链接
with open("urls.txt", "r") as file:
img_urls = file.read().splitlines()

# 使用 ThreadPoolExecutor 来限制并发线程数量为 10
max_concurrent_threads = 10
with concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(max_concurrent_threads) as executor:
# 提交任务并下载图片
executor.map(download_image, img_urls)

print("所有图片下载完成")

shell 批量下载文件中给定的 urls

假如需要下载的 urls 存在于给定的文件中(每行一个 url),本示例演示批量并发下载,假设 urls 存在于文件 urls.txt

本示例中的 urls.txt 内容示例如下:

urls.txt
http://cdn-log-customer-bj4.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com:80/oversea/20241202/09/2024120209-domain-ov.gz?AccessKeyId=WWHEIFLWKIMHHDKIPRWLJJ40CFS&Expires=1733208754&response-content-disposition=attachment%3Bfilename%3D%222024120209-domain-ov.gz%22&Signature=bGHy1CPncaXJladgG9NdIRwASsdgSIvs%3D
http://cdn-log-customer-bj4.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com:80/mainland/20241202/09/2024120209-domain-cn.gz?AccessKeyId=WWHEIFLWKIMHHDKIPRWLJJ40CFS&Expires=1733208754&response-content-disposition=attachment%3Bfilename%3D%222024120209-domain-cn.gz%22&Signature=bGHy1CPncaXJladgG9NdIRwASsdgSIvs%3D
http://cdn-log-customer-bj4.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com:80/oversea/20241202/08/2024120208-domain-ov.gz?AccessKeyId=WWHEIFLWKIMHHDKIPRWLJJ40CFS&Expires=1733208754&response-content-disposition=attachment%3Bfilename%3D%222024120208-domain-ov.gz%22&Signature=ZT64%bGHy1CPncaXJladgG9NdIRwASsdgSIvs%3D
http://cdn-log-customer-bj4.obs.cn-north-4.myhuaweicloud.com:80/mainland/20241202/08/2024120208-domain-cn.gz?AccessKeyId=WWHEIFLWKIMHHDKIPRWLJJ40CFS&Expires=1733208754&response-content-disposition=attachment%3Bfilename%3D%222024120208-domain-cn.gz%22&Signature=bGHy1CPncaXJladgG9NdIRwASsdgSIvs%3D

简单的 串行下载命令 如下,从 url 中取出文件名作为下载文件名:

for i in `cat urls.txt`; do fn=`echo $i | cut -d'?' -f1  | cut -d'/' -f7` ; curl -o $fn "$i"; done

使用以上命令,如果下载内容太多,会比较慢,以下代码示例使用 xargs 命令批量下载,xargs 会自动分配任务,确保多个下载任务同时运行 。:

cat log-url | xargs -P 10 -I {} sh -c 'fn=$(echo "{}" | cut -d"?" -f1 | cut -d"/" -f7);  curl -o $fn "{}"'

xargs 参数说明:

  • -P 10 : 指定并发进程数为 10,可以根据系统资源调整。
  • -I {} : 替换(Pipe)输入中的每行(URL) 为 {}

如果无需提取文件名,可以 使用 wget 命令的并行下载功能

wget -i urls.txt -P output-dir -nc --max-threads=10

参数说明如下:

  • -i urls.txt : 从文件中读取下载 URL。
  • -P output-dir : 将下载文件存储到 output-dir
  • --max-threads=10 : 设置并发线程数为 10。
  • -nc : 跳过已下载的文件,避免重复下载。