*UbuntuLinux系統(tǒng)管理與服務器配置職業(yè)教育計算機網(wǎng)絡技術專業(yè)校企互動應用型系列教材*項目4系統(tǒng)初始化與進程管理

UbuntuLinux系統(tǒng)管理與服務器配置*項目描述

Z公司是一家擁有上百臺服務器的系統(tǒng)集成服務公司。該公司的網(wǎng)絡管理員眾多，作為一名Linux操作系統(tǒng)管理員，了解操作系統(tǒng)初始化與進程管理是非常重要的工作。操作系統(tǒng)初始化是實現(xiàn)操作系統(tǒng)控制的第一步，也是體現(xiàn)操作系統(tǒng)優(yōu)劣的重要部分。了解Linux操作系統(tǒng)的初始化及啟動和執(zhí)行的過程，對于進一步掌握Linux操作系統(tǒng)，解決相關啟動問題是十分有幫助的。進程是程序在計算機中的一次運行活動，也是操作系統(tǒng)進行資源分配和調度的基本單位。只要運行程序就會啟動進程。Linux操作系統(tǒng)創(chuàng)建新的進程時，會為其指定一個唯一的編號，即PID（ProcessID，進程號），并以此區(qū)分不同的進程。通過進程管理，用戶可以了解操作系統(tǒng)執(zhí)行的狀態(tài)及各程序占用資源的多少等情況，判斷操作系統(tǒng)的性能是否正常。本項目主要介紹Linux操作系統(tǒng)的初始化過程，查看和管理進程的方法，包括啟用進程和停止進程及任務調度的方法等。

項目4系統(tǒng)初始化與進程管理

*項目4系統(tǒng)初始化與進程管理

*任務4.1

系統(tǒng)初始化項目4系統(tǒng)初始化與進程管理

任務描述Z公司購置了Linux服務器并安裝了Ubuntu

操作系統(tǒng)，現(xiàn)網(wǎng)絡管理員小李需要了解操作系統(tǒng)初始化的完整過程、管理服務器后臺運行的應用程序和高效管理進程的方法。任務4.1系統(tǒng)初始化任務要求小李在操作系統(tǒng)維護過程中，需要經(jīng)常查看服務器在啟動過程中遇到的問題、查看服務進程等，這些操作對于網(wǎng)絡管理員來說是非常有必要的。本任務的具體要求如下所示。（1）查看Linux服務器操作系統(tǒng)當前的默認執(zhí)行級別。（2）將Linux服務器操作系統(tǒng)執(zhí)行級別的圖形界面切換到命令行界面。（3）設置Linux服務器操作系統(tǒng)的默認執(zhí)行級別為命令行界面。（4）查詢Linxu服務器的啟動時間。（5）修改Linux服務器的主機名為ns1。（6）把Linux服務器的當前時區(qū)修改為Asia/Chongqing(亞洲/重慶)。（7）查詢Linux服務器的當前登錄用戶。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接1．認識系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化可分為兩個階段：引導和啟動。引導階段是從開機到內(nèi)核完成初始化的過程，執(zhí)行systemd進程；啟動階段在基本環(huán)境已經(jīng)設置好的基礎上，建立用戶終端，顯示用戶登錄界面。引導階段的過程：啟動POST（PowerOnSelfTest，加電自檢）→讀取BIOS（BasicInputOutputSystem，基本輸入輸出系統(tǒng)）→加載對應引導盤上的MBR→MBR設置加載其BootLoader→Kernel（內(nèi)核）初始化→掛載initrd（Linux的初始RAM磁盤，是在系統(tǒng)引導過程中掛載的一個臨時根文件系統(tǒng)）→加載systemd進程。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接

引導階段的具體描述：當打開計算機電源，聽到“嘀”的一聲時，操作系統(tǒng)進入引導階段。首先檢測計算機的硬件設備是否存在故障，如CPU、內(nèi)存、顯卡、主板等，若存在故障，則會停機或顯示報警信息；若沒有故障，則操作系統(tǒng)完成自檢任務。完成自檢任務后，操作系統(tǒng)讀取BIOS，按照BIOS中設置的流程啟動設備，若檢測通過，則讀取引導盤上的MBR，這時操作系統(tǒng)根據(jù)啟動區(qū)安裝的引導加載程序（BootLoader）開始執(zhí)行核心識別的任務。GRUB（GRandUnifiedBootLoader）是一個用于尋找操作系統(tǒng)內(nèi)核并加載其到內(nèi)存的智能程序，GRUB讀取完畢后，加載選定的內(nèi)核文件到內(nèi)存中，內(nèi)核文件將自行解壓，一旦內(nèi)核文件解壓完成，就會加載systemd進程，并將控制權轉移到systemd進程中，標志著引導階段完成。

任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接需要注意的是，Linux操作系統(tǒng)使用systemd進程（初始化程序）替換了SystemVinit進程，不再使用新版的inittab，轉而使用全新的systemd初始化進程服務來進行設置，有利于在進程啟動過程中更有效地引導加載服務。

啟動階段緊隨引導階段之后，該階段主要通過systemd進程掛載、訪問配置文件，使Linux進入可操作狀態(tài)，并能夠執(zhí)行功能性任務。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接2．systemd進程

如果讀者之前學習的是SystemVinit進程，可能會不適應。Systemd進程服務采用了并發(fā)啟動機制，開機速度得到了很大的提升。Linux操作系統(tǒng)采用的是systemd進程服務，因此也沒有了“運行級別”這個概念。Linux操作系統(tǒng)在啟動時要進行大量的初始化工作，如掛載文件系統(tǒng)和交換分區(qū)、啟動各類進程服務等，這些都可以看作是一個一個的單元（Unit）。systemd用目標（target）代替了SystemVinit運行級別的概念，SystemVinit與systemd的區(qū)別及其作用見表4-1-1。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接如果想要將操作系統(tǒng)默認的運行目標修改為“多用戶、無圖形”模式，那么可直接使用ln命令把多用戶模式目標文件連接/etc/systemd/system/目錄或使用set-default命令設置，可以使用get-default命令獲取當前默認的目標，如例4.1.1所示。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接3．systemd服務控制

1）服務控制

服務控制就是管理Linux后臺運行的應用程序，用戶在Linux操作系統(tǒng)中進行操作時，不可避免地會涉及對服務的控制。systemd是Linux操作系統(tǒng)和服務的管理器，它是后臺服務系統(tǒng)中PID為1的進程，其功能不僅包括啟動系統(tǒng)，還包括接管后臺服務、狀態(tài)查詢、日志歸檔、設備管理、電源管理、定時任務管理等，且支持有特定事件（如插入特定USB設備）和特定接口數(shù)據(jù)觸發(fā)的on-demand（按需）任務。systemd的優(yōu)點是功能強大、使用方便，缺點是體系龐大、非常復雜。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接systemd對應的進程管理命令是systemctl，用于取代service和chkconfig命令。systemctl命令主要用來管理Linux操作系統(tǒng)中的各種服務，其基本語法格式如下所示。其中，systemd命令的作用主要包括查看狀態(tài)（status）、開啟（start）、關閉（stop）、重啟（restart）、開啟開機自啟動（enable）、禁止開機自啟動（disable）等。

目前，

Ubuntu操作系統(tǒng)中使用systemctl命令來管理服務，而傳統(tǒng)的service命令仍然可以使用。這里以常用的SSH服務的sshd進程為例，service命令與systemctl命令的對比及其作用見表4-1-2，后續(xù)項目中會經(jīng)常用到它們。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接

（2）配置服務啟動狀態(tài)

在Ubuntu系統(tǒng)中，經(jīng)常需要設置或調整某些服務在特定運行時是否啟動，可以通過配置服務的啟動狀態(tài)來實現(xiàn)。這里以常用的SSH服務的sshd進程為例，介紹服務的各種啟動狀態(tài)。systemctl命令的不同狀態(tài)及其作用見表4-1-3。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接Ubuntu操作系統(tǒng)版本提供了systemctl命令來管理網(wǎng)絡服務。systemctl命令的基本用法如例4.1.2所示。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接4．常用systemd命令

除了systemctl命令，systemd還提供了其他的一些命令，如systemd-analyze、hostnamectl及l(fā)ocalectl命令等。了解和掌握這些常用命令，對于網(wǎng)絡管理員來說是非常必要的。（1）systemd-analyze命令。systemd-analyze命令用來分析系統(tǒng)啟動時的性能，其基本語法格式如下所示。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接

systemd-analyze命令的常用選項及其功能如表4-1-4所示。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接與systemctl命令一樣，systemd-analyze命令也提供了一些子命令，systemd-analyze命令的常用子命令及其功能如表4-1-5所示。systemd-analyze命令的基本用法如例4.1.3所示。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接

2）hostnamectl命令。

主機名就是計算機的名字，網(wǎng)絡中主機名唯一。主機名用于在網(wǎng)絡上識別獨立的計算機（即使用戶的計算機沒有聯(lián)網(wǎng)，也應該有一個主機名）。

用戶可以使用hostnamectl命令查看或者修改主機名，并將其直接寫入/etc/hostname文件中。使用hostnamectl命令修改主機名如例4.1.4所示。例4.1.4：使用hostnamectl命令修改主機名任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接

3）localectl命令。localectl命令可以查看或修改當前操作系統(tǒng)的區(qū)域和鍵盤布局。在計算機中，區(qū)域一般至少包括語言和地區(qū)兩部分。不含任何參數(shù)和選項的localectl命令會輸出當前操作系統(tǒng)的區(qū)域信息。localectl命令輸出和修改當前系統(tǒng)的區(qū)域信息如例4.1.5所示。

例4.1.5：localectl命令輸出和修改當前系統(tǒng)的區(qū)域信息任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接

4）timedatectl命令。timedatectl命令用于查看或者修改當前操作系統(tǒng)的時區(qū)設置。查看和修改當前系統(tǒng)的時區(qū)如例4.1.6所示。例4.1.6：查看和修改當前系統(tǒng)的時區(qū)

任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接5）loginctl命令。該命令用于查看當前登錄的用戶，其語法格式如下所示。loginctl命令提供了一些常用的子命令，loginctl命令的常用子命令及其功能見表4-1-6。任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接任務4.1系統(tǒng)初始化loginctl命令的基本用法如例4.1.7所示。例4.1.7：loginctl命令的基本用法知識鏈接使用list-uses子命令可以簡單地列出當前系統(tǒng)中的用戶及其ID，如例4.1.8所示。例4.1.8：loginctl命令的基本用法-列出當前系統(tǒng)中的用戶及其ID任務4.1系統(tǒng)初始化知識鏈接如果要進一步了解某個用戶的詳細信息，那么可以使用show-user子命令，如例4.1.9所示。例4.1.9：loginctl命令的基本用法-列出用戶的詳細信息

任務4.1系統(tǒng)初始化任務實施（1）查看Linux服務器系統(tǒng)當前的默認執(zhí)行級別，實施命令如下所示。（2）將多用戶的圖形界面切換到命令行界面，實施命令如下所示。（3）設置Linux服務器的默認執(zhí)行級別為命令行界面，實施命令如下所示。

任務4.1系統(tǒng)初始化任務實施（4）查詢Linux服務器系統(tǒng)的啟動時間，實施命令如下所示。（5）修改Linux服務器系統(tǒng)的主機名為ns1，實施命令如下所示。（6）把Linux服務器系統(tǒng)的當前時區(qū)修改為Asia/Chongqing（亞洲/重慶），實施命令如下所示。

任務4.1系統(tǒng)初始化任務實施（7）查詢Linux服務器系統(tǒng)當前登錄的用戶，實施命令如下所示。任務4.1系統(tǒng)初始化任務小結（1）了解系統(tǒng)初始化的執(zhí)行過程，對于進一步掌握Linux操作系統(tǒng)，解決相關啟動問題是很有幫助的。（2）systemd為系統(tǒng)的啟動和管理提供一套完整的解決方案。systemd不僅是初始化程序，還包含著許多其他的功能模塊。任務4.1系統(tǒng)初始化*任務4.2

進程管理項目4系統(tǒng)初始化與進程管理

任務描述Z公司的網(wǎng)絡管理員小李在日常管理工作中，要經(jīng)常查看系統(tǒng)的進程并進行管理；定制不同運行級別下自動啟動的服務和進程；需要根據(jù)工作需要設置系統(tǒng)在某個時間執(zhí)行特定的命令或進程，以減輕維護工作量。任務4.2進程管理

任務要求

使用Linux操作系統(tǒng)能夠有效地管理和跟蹤進程，在Linux操作系統(tǒng)中，啟動、停止、終止及恢復進程的過程稱為進程管理。Linux操作系統(tǒng)提供了許多命令，能讓用戶高效管理進程。本任務的具體要求如下所示。（1）查看tomcat進程，并結束整個進程。（2）查詢user1用戶的進程。（3）使用vim編輯器編輯1.txt文件，使用“Ctrl+Z”組合鍵將vim進程掛起，切換至后臺，查看后臺作業(yè)，再將后臺作業(yè)切換回前臺。（4）設置在2023年12月31日23點59分，向所有登錄用戶發(fā)送“HappyNewYear！”。（5）設置user1用戶每周星期一、星期三早上4點將/home/user1目錄下的所有文件壓縮至/bak目錄下，并取名為user1.tar.gz。任務4.2進程管理知識鏈接1.認識進程

進程由程序產(chǎn)生，但進程不是程序。進程與程序的區(qū)別在于程序是一系列命令的集合，是靜態(tài)的，可以長期保存；進程是程序的一次運行過程，是動態(tài)的，只能短暫存在，它動態(tài)地產(chǎn)生、變化和消亡。

進程具有獨立性、動態(tài)性與并發(fā)性的特點，進程具有自己的生命周期和各種不同的狀態(tài)。

任務4.2進程管理知識鏈接2.進程的狀態(tài)通常操作系統(tǒng)將進程分為3種基本狀態(tài)。

1）就緒狀態(tài)。就緒狀態(tài)指的是當進程分配到除CPU以外的所有必要資源后，只要再獲得CPU，便可立即執(zhí)行的狀態(tài)。在一個操作系統(tǒng)中，將處于就緒狀態(tài)的進程排成一個隊列，即就緒隊列。

2）執(zhí)行狀態(tài)。執(zhí)行狀態(tài)指的是進程已獲得CPU而正在執(zhí)行的狀態(tài)。在單處理器操作系統(tǒng)中，處于執(zhí)行狀態(tài)的進程只有一個；在多處理器操作系統(tǒng)中，處于執(zhí)行狀態(tài)的進程有多個。任務4.2進程管理知識鏈接

3）阻塞狀態(tài)。阻塞狀態(tài)指的是正在執(zhí)行的進程由于發(fā)生某事件而暫時無法繼續(xù)執(zhí)行時的狀態(tài)，又稱為等待狀態(tài)或封鎖狀態(tài)。導致進程阻塞的典型事件有I/O請求、申請緩沖空間等。通常將這種處于阻塞狀態(tài)的進程也排成一個隊列。有的操作系統(tǒng)則根據(jù)阻塞原因的不同，把處于阻塞狀態(tài)的進程排成多個隊列。處于就緒狀態(tài)的進程，在調度程序為其分配了CPU后，該進程便可執(zhí)行，相應地，它就由就緒狀態(tài)轉為執(zhí)行狀態(tài)。正在執(zhí)行的進程也稱為當前進程，如果因分配給它的時間片已用完而暫停執(zhí)行，那么該進程便由執(zhí)行狀態(tài)又回到就緒狀態(tài)；如果因發(fā)生某事件而使進程的執(zhí)行受阻（例如，進程請求訪問某臨界資源，而該資源正被其他進程訪問），無法繼續(xù)執(zhí)行，那么該進程將由執(zhí)行狀態(tài)轉為阻塞狀態(tài)。任務4.2進程管理知識鏈接任務4.2進程管理3．進程的優(yōu)先級

在Linux操作系統(tǒng)中，進程的優(yōu)先級對于操作系統(tǒng)的性能和響應時間至關重要。進程的優(yōu)先級決定了該進程在操作系統(tǒng)資源分配中所占的比例。哪些進程先執(zhí)行，哪些進程后執(zhí)行，都由進程優(yōu)先級來控制。因此，配置進程優(yōu)先級對多任務環(huán)境的Linux操作系統(tǒng)很有用，可以更好地管理和優(yōu)化操作系統(tǒng)的性能。知識鏈接4.

進程管理相關命令

在Linux操作系統(tǒng)中，啟動、停止、終止及恢復進程的過程稱為進程管理。Linux提供了許多命令可用于查看、管理系統(tǒng)進程，能讓用戶高效管理進程。下面介紹幾個常用的進程管理類命令。1）ps命令。ps命令可用于查看當前系統(tǒng)進程執(zhí)行的情況，其基本語法如下所示。

任務4.2進程管理知識鏈接

ps命令是最常用的監(jiān)控進程的命令，通過此命令可以查看系統(tǒng)中所有運行進程的詳細信息。ps命令的常用選項及其功能見表4-2-1。任務4.2進程管理知識鏈接ps命令的基本用法如例4.2.1所示。例4.2.1：ps命令的基本用法任務4.2進程管理知識鏈接2）top命令。ps命令可以一次性顯示出當前系統(tǒng)中進程狀態(tài)，但使用此方式得到的信息缺乏時效性，top命令可以動態(tài)地持續(xù)監(jiān)聽進程的運行狀態(tài)，top命令的基本語法如下所示。top命令除了顯示每個進程的詳細信息外，還可以顯示系統(tǒng)硬件資源的占用情況。top命令的常用選項及其功能見表4-2-2。任務4.2進程管理知識鏈接top命令的基本用法如例4.2.2所示。例4.2.2：top命令的基本用法任務4.2進程管理知識鏈接

3）前臺及后臺進程切換。在命令的尾部輸入“&”，可把命令轉到后臺運行，而不影響終端窗口的操作。后臺運行命令如例4.2.3所示。例4.2.3：后臺運行命令任務4.2進程管理知識鏈接

jobs命令用于顯示任務列表及任務狀態(tài)，包括后臺運行的任務。bg命令將后臺處于暫停狀態(tài)的進程重新進入運行狀態(tài)。fg命令將后臺的進程恢復到前臺繼續(xù)運行。jobs、bg及fg命令的基本用法如例4.2.4所示。任務4.2進程管理知識鏈接

4）kill命令。kill命令會向操作系統(tǒng)內(nèi)核發(fā)送一個信號（多是終止信號）和目標進程的PID，然后操作系統(tǒng)內(nèi)核根據(jù)收到的信號類型，對指定進程進行相應的操作。kill命令的基本語法如下所示。

kill命令的常用選項及其功能見表4-2-3。

任務4.2進程管理知識鏈接

使用kill-l命令可列出所有可用信號，而最常用的三種信號如下所示。①1（HUP）：重新加載進程。②9（KILL）：殺死一個進程。③15（TERM）：正常停止一個進程。kill命令的基本用法如例4.2.5所示。例4.2.5：kill命令的基本用法任務4.2進程管理知識鏈接

5）free命令。free命令用于查看操作系統(tǒng)的內(nèi)存狀態(tài)，包括可用和已用的物理內(nèi)存、交換內(nèi)存和內(nèi)核緩沖區(qū)內(nèi)存。free命令的基本語法如下所示。

free命令的常用選項及其功能見表4-2-4。任務4.2進程管理知識鏈接

使用不帶參數(shù)的free命令查看操作系統(tǒng)內(nèi)存狀態(tài)的示例，如例4.2.6所示。

使用帶參數(shù)的free命令查看操作系統(tǒng)內(nèi)存狀態(tài)的示例，如例4.2.7所示。任務4.2進程管理知識鏈接

6）nice命令。nice命令用來調整進程的優(yōu)先級，nice命令共有40個等級，從-20（最高優(yōu)先級）～19（最低優(yōu)先級）。數(shù)值越小，優(yōu)先級越高；數(shù)值越大，優(yōu)先級越低。需要注意的是，只有管理員用戶root才有權調整-20～19范圍內(nèi)的優(yōu)先級，而普通用戶只能調整0～19范圍內(nèi)的優(yōu)先級。nice命令的基本語法如下所示。

nice命令的常用選項及其功能見表4-2-5。任務4.2進程管理知識鏈接

nice命令的基本用法如例4.2.8所示。任務4.2進程管理知識鏈接

7）renice命令。renice命令與nice命令一樣，都用于修改進程的優(yōu)先級，它們之間的區(qū)別在于nice命令修改的是即將運行的進程的優(yōu)先級，而renice命令修改的是正在運行的進程的優(yōu)先級。renice命令的基本語法如下所示。

renice命令的常用選項及其功能見表4-2-6。任務4.2進程管理知識鏈接

renice命令的基本用法如例4.2.9所示。例4.2.9：renice命令的基本用法任務4.2進程管理知識鏈接

5．周期性任務調度

與Windows操作系統(tǒng)中的用戶可以指定計劃任務一樣，Linux操作系統(tǒng)中用戶也可以設置計劃任務，讓操作系統(tǒng)能夠定期執(zhí)行或在指定的時間執(zhí)行一些進程，以達到自動執(zhí)行任務的目的，crontab和at這兩條命令可以實現(xiàn)這些功能。（1）cron服務和crontab命令。cron是Linux操作系統(tǒng)中用來周期性地執(zhí)行某個任務或等待處理某些時間的一個服務，cron服務在安裝完Linux操作系統(tǒng)時會默認安裝，并且會自動啟動cron服務，cron服務每分鐘會定期檢查Linux操作系統(tǒng)是否有要執(zhí)行的任務，若有，則自動執(zhí)行該任務。cron服務的后臺守護進程是crond，因此，在啟動、停止cron服務和查詢cron服務狀態(tài)時要以crond為參數(shù)。任務4.2進程管理知識鏈接（1）crontab文件。Linux操作系統(tǒng)下的任務調度分為兩類：操作系統(tǒng)任務調度和用戶任務調度（某個用戶定期執(zhí)行的任務調度）。其中，操作系統(tǒng)任務調度指系統(tǒng)周期性執(zhí)行的任務，如寫緩存數(shù)據(jù)到硬盤、日志清理等。在/etc/目錄下有一個crontab文件，它是操作系統(tǒng)任務調度的配置文件。crontab文件的含義：在用戶建立的crontab文件中，每行都代表一個任務，每行的每個字段代表一項設置，它分為6個字段，前5個字段是時間設置段，第6個字段是要執(zhí)行的命令段，格式如下所示。

crontab文件前5個“*”的含義見表4-2-7。任務4.2進程管理知識鏈接crontab文件內(nèi)容如例4.2.10所示。例4.2.10：crontab文件內(nèi)容任務4.2進程管理知識鏈接關于crontab文件，需要注意以下幾點?！袼凶侄尾荒転榭?，字段之間用空格隔開?！袢舨恢付ㄗ侄蝺?nèi)容，則需要輸入“*”通配符，表示全部。例如，在day字段輸入“*”，表示每天都執(zhí)行?！窨梢允褂谩?”表示一段時間，如在day字段輸入“6-9”，則每個月的6～9日都要執(zhí)行指定的命令?！袢绻皇沁B續(xù)的日期或者時間可用“，”隔開，如day字段輸入“6,9”表示每個月6日和9日執(zhí)行。●可以使用“*/”來表示每隔多長時間執(zhí)行，如在minute字段輸入“*/5”表示每5分鐘執(zhí)行一次命令?！袢掌诤托瞧谥恍枰幸粋€匹配即可執(zhí)行指定命令，但是其他字段必須完全