前言

在上一章節中，介紹了檔案與目錄之使用者權限控管與管理，在這一章節中，將要介紹作業系統上的程序管理（process）。

Process之定義

一個Process程序包含相關的要素如下：

• 給定一個分配好的記憶體當作空間位址供此運行的Process使用。
• 安全設定機制包含了擁有者的認證與權限。
• 一個或是多個程式碼之執行緒在運行。
• 有程序的狀態（Process state）。

在作業系統環境上的Process包含之要素如下：

• 本地與全域之變數。
• 正在安排要執行的行文（context）。
• 配置系統資源，像是檔案描述符（指向檔案的參照）與網路的埠號（Network ports）。

描述Process狀態

整個作業系統啟動並載入的時候會有一個main process，即主要的程序，叫做systemd，當其他的程序要啟動的時候，systemd便會fork一個process出來運行指定的程式，當這個程序還沒做完，再放到佇列中等待並休眠（sleeping），接著讓下一個程序可以運行，並這樣不斷的循環下去，直到作業系統重新開啟或關機為止，相關的示意圖如下：

那Linux之程序狀態有那些呢？相關的狀態清單如下：

• Running之Flag表示成：R，指的是Process程序的任務正在運行中，CPU正為了這個任務正在運作。
• Sleeping之Flag為S的時候，指的是Process程序任務為中斷的，這個程序正在等待某個條件，如硬體的請求、系統資源存取或是訊號，當上述的條件滿足的時候，則Process狀態又會切換成Running。
• Sleeping之Flag為D的時候，指的是Process正在睡覺（sleeping），與S狀態不同的是，這個狀態不會回應任何的訊號，這個狀態只會在這個當程序中斷的時候，可能是成無法預期的裝置狀態所造成的。
• Sleeping之Flag為K的時候，指的是這個程序任務已經被砍掉了，這是因為在D狀態的時候收到signal訊號表示要砍掉因此變成這個狀態。
• Sleeping之Flag為I的時候，是D狀態中的其中一種，與D狀態的行為類似。
• Stopped之Flag為T的時候，為T狀態，這程序可以被除錯，為debug狀態，為暫時性的停止。
• Zombie之Flag有Z與X兩個狀態，X狀態是當程序結束的瞬間會變成此狀態，這兩個狀態都無法作處理，只能等到機器重開機或是自己消失不見。

為什麼Process狀態是很重要的？

因為在作業系統中，監控每個Process是可以觀察出資源使用，還有哪個Process有問題，吃很多的資源等，而可以使用top這個指令來即時的監控目前作業系統上每個正在運作的Process之狀態，相關的指令執行後輸出的訊息如下：

[rockylinux@workstation ~]$ top
top - 00:53:36 up  3:28,  1 user,  load average: 0.00, 0.00, 0.00
Tasks: 176 total,   1 running, 175 sleeping,   0 stopped,   0 zombie
%Cpu(s):  2.6 us,  7.9 sy,  0.0 ni, 89.5 id,  0.0 wa,  0.0 hi,  0.0 si,  0.0 st
MiB Mem :   1817.1 total,    660.8 free,    535.7 used,    620.6 buff/cache
MiB Swap:   2108.0 total,   2108.0 free,      0.0 used.   1124.7 avail Mem

    PID USER      PR  NI    VIRT    RES    SHR S  %CPU  %MEM     TIME+ COMMAND
   4177 rockyli+  20   0   65428   4520   3880 R   5.6   0.2   0:00.03 top
      1 root      20   0  186872  14524   9556 S   0.0   0.8   0:03.55 systemd
      2 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 kthreadd
      3 root       0 -20       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.00 rcu_gp
      4 root       0 -20       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.00 rcu_par_gp
      6 root       0 -20       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.00 kworker/0:0H-events_highpri
      8 root       0 -20       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.00 mm_percpu_wq
      9 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.03 ksoftirqd/0
     10 root      20   0       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.27 rcu_sched
     11 root      rt   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 migration/0
     12 root      rt   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.01 watchdog/0
     13 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 cpuhp/0
     14 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 cpuhp/1
     15 root      rt   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.01 watchdog/1
     16 root      rt   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 migration/1
     17 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.11 ksoftirqd/1
     19 root       0 -20       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.00 kworker/1:0H-events_highpri
     21 root      20   0       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.13 kworker/u4:1-events_unbound
     22 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 kdevtmpfs
     23 root       0 -20       0      0      0 I   0.0   0.0   0:00.00 netns
     24 root      20   0       0      0      0 S   0.0   0.0   0:00.00 kauditd
......

或者是可以使用ps aux指令來看到此作業系統上之process程序的瞬間狀態，相關的執行指令輸出的訊息如下：

[rockylinux@workstation ~]$ ps aux
USER         PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY      STAT START   TIME COMMAND
root           1  0.0  0.7 186872 14524 ?        Ss   Sep27   0:03 /usr/lib/systemd/systemd --switched-root
root           2  0.0  0.0      0     0 ?        S    Sep27   0:00 [kthreadd]
root           3  0.0  0.0      0     0 ?        I<   Sep27   0:00 [rcu_gp]
root           4  0.0  0.0      0     0 ?        I<   Sep27   0:00 [rcu_par_gp]
root           6  0.0  0.0      0     0 ?        I<   Sep27   0:00 [kworker/0:0H-events_highpri]
root           8  0.0  0.0      0     0 ?        I<   Sep27   0:00 [mm_percpu_wq]
root           9  0.0  0.0      0     0 ?        S    Sep27   0:00 [ksoftirqd/0]
root          10  0.0  0.0      0     0 ?        I    Sep27   0:00 [rcu_sched]
root          11  0.0  0.0      0     0 ?        S    Sep27   0:00 [migration/0]
root          12  0.0  0.0      0     0 ?        S    Sep27   0:00 [watchdog/0]
......

若ps指令未帶參數執行的話，則會將目前Shell所有底下正在執行的程式都印出，有時候，Prcoess名稱會太長，導致終端機輸出的訊息不完整，且被截斷，為了要避免這件事情，可以加上w參數讓被截斷的訊息可以自動換行並印出。

工作與工作階段介紹

正在運行的工作就被稱為：Process程序，而程序可以分成在前景與背景執行，在前景執行就是在終端機上面執行一個指令，等到這個指令運作完成與結束之後，才可以繼續執行其他的指令，而背景就不一樣了，當Process放到背景中去執行的時候，則終端機可以繼續執行下一個指令，不需要等待。

相關的指令演示與輸出的訊息如下：

[rockylinux@workstation ~]$ sleep 100

當執行上述的指令的時候，需要等待sleep指令完成，即等待100秒之後，終端機才會回復並執行下一個指令，若是改成在背景執行，則可以在指令的後面加上&即可，相關的指令執行輸出訊息如下：

[rockylinux@workstation ~]$ sleep 100 &
[1] 4459
[rockylinux@workstation ~]$ jobs
[1]+  Running                 sleep 100 &
[rockylinux@workstation ~]$

當在背景執行的時候，會輸出一個Process id，利用jobs指令則可以看到目前在這個終端機上運行在背景的Process有哪一些，若要將背景的工作較回到前景也是可以的，利用fg指令便可以達到，假設要將上述放在背景中運行的sleep 100叫回到前景，可以看到這個背景Process運行的編號是1，即[1]+，則執行fg %1即可，相關的指令執行輸出的訊息如下：

[rockylinux@workstation ~]$ fg %1
sleep 100

當背景工作結束的時候，有時按下enter鍵，則會跳出下列的訊息，則表示編號為1的背景工作已經結束了，相關的指令執行輸出的訊息如下：

[rockylinux@workstation ~]$
[1]+  Done                    sleep 100

若要將被叫回前景的Process再次回到背景，則可以使用bg這個指令，操作的流程如下：

• 先執行sleep 100 &指令。
• 假設上述供作編號為1，則執行fg %1。
• 接著使用「ctrl」+「Z」鍵將當前的前景工作停止。
• 使用jobs -l觀看目前在背景工作的清單與狀態。
• 接著執行bg %1。
• 再使用jobs -l觀看目前在背景工作的清單與狀態。

[rockylinux@workstation ~]$ jobs -l
[rockylinux@workstation ~]$ sleep 100
^Z
[1]+  Stopped                 sleep 100
[rockylinux@workstation ~]$ jobs -l
[1]+  5805 Stopped                 sleep 100
[rockylinux@workstation ~]$
[rockylinux@workstation ~]$ bg %1
[1]+ sleep 100 &
[rockylinux@workstation ~]$ jobs -l
[1]+  5805 Running                 sleep 100 &
[rockylinux@workstation ~]$

課後練習

• 請開啟workstation虛擬機器，並使用rockylinux之使用者登入桌面環境，並開啟終端機。
• 執行sleep 90在前景，接著試著讓其中斷。
• 試著找到上述中斷的工作並試著切換成運行的狀態。