给进程排个队 - Linux中ps命令的使用

兰新宇

talk is cheap

在Linux中，ps命令是很常用的，可是这个命令虽然看起来简单，但往往需要配合各种参数才能得到有用的信息，而ps的参数系统可以说是混乱至极，它要称自己第二，估计没有其他的命令敢称第一。首先，很多参数的效果是差不多的，有相当多重叠的部分，再次，很多参数是不能配合在一起使用的。

造成这种混乱很大的原因是现在Linux主流发行版的ps命令是同时兼容System V和BSD的，关于这一块的详细分析请看史上最全 Linux ps 命令详解这篇文章，一般我看到什么“史上最全”之类的标题都会嗤之以鼻，但这篇文章，可能真的是国内讲解ps命令最全的文章了。

作为运维工程师，需要对ps命令掌握的更全面一些，但是作为开发工程师，在这个命令的使用过程中，侧重点可能会稍有不同。因此本文主要是结合开发的实际需要，从中提取总结了一些比较实用的参数，并结合procrank工具和top命令，进行了一定程度的扩展。

进程占用内存

在讲解ps命令的参数之前，有必要先介绍一下Linux对进程占用内存的计算依据。因为Linux中的进程是使用虚拟地址的，这些进程通过malloc()或者 mmap() 向内存申请内存之后(这部分内存大小称为 VSS - Virtual Set Size)，内核并不会立刻为其分配实际的物理内存。等到进程真正使用到内存时(比如调用了memset()函数)，内核才会为这个进程分配物理内存，并建立虚拟地址和物理地址之间的映射(参考这篇文章 )。

计算这段分配的物理内存的大小并不难，可是Linux中的进程是广泛使用共享的动态链接库的(后缀名为so - shared object)，而动态链接库本身也是要占据物理内存的，那这部分内存应该算在哪个进程头上呢？

为此就出现了三种不同的计算方法(统计口径)，一种是只计算进程自身占用的物理内存，完全不包含共享库所占用内存的 USS (Unique Set Size)，一种是把共享库占用的内存直接加到每个进程头上的 RSS (Resident Set Size)。

USS和RSS的统计方法虽然简单，但显得不是那么合理，更公平一点的做法是把一个共享库占用的内存，分摊到使用了这个共享库的各个进程头上，称为 PSS (Proportional Set Size)，类似于小区里面的“公摊面积”。

之所以说“类似”，是因为两者还是存在一定的区别，公摊面积通常是按照房屋的实际大小乘以一个百分比获得，也就是说房屋面积越大，公摊面积也越大，而PSS虽然是叫"Proportional"，但这名字其实是具有误导性的，它实际的做法是平分。比如一个共享库占用了3MiB的物理内存，有3个进程使用了这个库，那么摊派到每个进程头上的都是1MiB。房屋建好后大小就固定了，但进程自身占用的内存是动态变化的，按比例分摊就太麻烦了。

假设现在这3个进程中有一个被kill掉了，那么共享库这3MiB的内存就要分摊到另外2个还存活的进程上，此时这个被kill的进程所释放的内存大小就不是它的PSS，而是它的USS。

ps命令的参数

介绍完了进程占用内存的计算依据，接下来就可以结合各个参数，来查看ps命令输出的各种信息了。要显示所有的用户进程和内核线程，加上参数"-e"即可：

如果只想查看用户进程，则加上参数"u"或"l"。"u"和"l"都可以显示VSZ(即VSS)，RSS和执行时间统计，此外"u"还可以显示CPU和memory占用率：

而"l"可以显示优先级、nice值和PPID：

单独使用"-e"虽然可以查看所有进程/线程，但关于每个进程/线程的信息有限，而且甚至都无法分别其中的一项到底是用户进程还是内核线程，因此"-e"参数通常应该配合"u"或"l"使用：

用"[]"包起来的就是内核线程，我们可以利用这一特性来实现只查看内核线程，像这样：

ps -e u | grep '\[.*\]'

内核线程所占用的内存大小不通过VSZ和RSS表达，所以在ps命令的输出中，内核线程对应的VSZ和RSS的值都为0。

由于用户进程之间存在继承关系，可以通过加"f"参数来查看这种关系，输出结果以树形排列的形式呈现：

单独使用"f"跟单独使用"-e"一样，得到的关于每一个进程/线程的信息有限，而"f"也同"-e"一样，可以联合"u"或"l"使用以获得更全面的进程信息。

既然"u"和"l"可以显示进程中各个特性的详细信息，那我们肯定希望必要的时候，可以按照其中的某个特性来排序，比如按RSS排序以查看哪个进程消耗的内存最大(虽然并不是那么准确，但还是可以看个大概嘛)，这就要用到"k"参数。

"k"后面跟上某个特性的名称，就可以按照这个特性排序，例如"k rss"即是按rss升序，"k -rss"则是按rss降序，其他常用的包括按CPU占用率排序的"%cpu"，按执行时间排序的"time"等。因为有些进程在启动时的名称很长(比如qemu)，可以再加上一个"c"，让输出排列的比较整齐。

在多核系统中，有时我们可能还有兴趣看看这个进程/线程现在是哪个核上运行啊，"-P"参数可以帮助我们查看这个信息。此外，一个用户进程往往是由多个线程组成的，可以通过加上"-L"参数来显示线程。

如果我们把"-P"和"-L"结合起来查看启动 QEMU虚拟机的"qemu-system-aarch64"进程的线程运行情况，可以看到它一共包含6个线程。

在启动这个QEMU虚拟机时，我使用的是"-smp 4"，也就是4个CPU，我们可以进入QEMU的命令行模式(通过"ctrl-a + c")，输入"info cpus"来查看这4个CPU的信息。

可以看到，这4个CPU使用了4个线程，而这4个线程的PID就是包含在我们之前用ps命令看到的6个线程中的，而且这4个线程是运行在同一个CPU上。QEMU中guest使用的是虚拟CPU ，每个虚拟CPU由host的一个线程来模拟，这4个虚拟CPU共享一个host上的一个物理CPU。

procrank工具

在Android上面做过开发的同学可能知道，Android提供一个procrank工具，可以很方便的查看各进程的内存使用情况，排序依据可以是VSS, RSS, PSS或者USS。

而我们完全可以把procrank工具移植到Linux系统上来，只需下载这个repo ，根据自己运行Linux的架构，交叉编译一下就可以了。

其实啊，如果你理解了ps命令的那些参数，虽然略微繁琐了点，但完全可以实现和procrank类似的输出，虽然不像procrank那么完备，可以一并显示VSS, RSS, PSS和USS的信息，但作为初步调试基本够用了。毕竟，当你遇到一台出现问题的Linux机器需要调试时，那台机器上大多没有安装procrank，有时临时移植一个也不现实，而用ps命令加参数的方式就可以不受这种限制。

top命令

Linux中另一个常用的命令是top，它通常用于查看CPU的占用率，但同时也能显示VSS和RSS的信息，只不过在这里叫法不一样，分别被称为了"VIRT"和"RES"。top命令的输出默认是按CPU占用率排序的，但同样可以实现按照其他规则排序，比如在top命令的运行过程中，使用"shift+m"就是按RES/内存排序，使用"shift+t"就是按CPU执行时间排序，"shift+p"则可切回按照CPU占用率排序。