Linux到底是什么

通过日常使用电脑，我们大概都知道一个机器大概的结构由CPU、内存、硬盘以及外设构成，那么Linux服务器也一样，从上一章内容知道，我们平常关注的系统性能差不多就是这些地方，那么，我们的进程是如何在Linux上运行的呢？一、进程运行过程首先，我们的数据是存放于磁盘/NAS等存储目录当中，当需要使用这些数据的时候，则要将数据从磁盘中读取出来，经过内存再到三级缓存，然后进入到CPU中。如下图，数据从底部的存储设备一步一步的被送进入到CPU中。其用于传输数据的方式：远程存储到本地二级存储走的是网络通信的方式，而本地存储的数据进入到内存、CPU走的是BUS总线的方式。

进程启动以后，其数据被从磁盘中读取到内存里缓存，当CPU使用到它的时候，再被通过三级高速缓存送入到CPU中执行。那么当这个进程被送入到CPU中运行，是不是就可以一个人独占CPU资源，直到跑完为止呢？不是的，现代系统设计出了上下文切换的模式，每个进程运行的时候都会分配到了一个时间片，当这个时间片用完，那么当前正在运行的进程就会保留当前的状态进入到缓存当中，当再次轮到该进程使用CPU的时候，才会从缓存当中被读取出来。通过这样反复的切换，直到进程运行结束。但是我们在使用进程时，为什么没有进程切换的感觉呢？那是因为CPU的时间片以非常小的时间单位工作着，人们根本感受不到他的切换频率。在Linux系统中存在着两个空间，一个是用户空间，另外一个就是内核空间。用户空间指的是用户可以操作和访问的空间，这个空间通常存放我们用户自己写的数据等，比如磁盘NAS就是属于用户空间。内核空间就是系统内核来操作的一块空间，这块空间里面存放系统内核的函数、接口等，用户是不能直接操作的。当程序在用户空间下运行，我们把此时运行的程序的这种状态称为用户态，而当进程执行在内核空间时，这种状态称为内核态。要想让程序从用户态切换到内核态，有3种方法：1.系统调用 （软中断）2.异常（硬中断） 3.外围设备的中断（硬中断）。二、进程异常会遇到什么？进程在运行过程中不是一开始就知道使用多少内存的，在持续的运行过程中，会不断的向系统申请内存。当有应用需要读写磁盘数据时，由系统把相关数据从磁盘读取到内存，如果物理内存不够，则把内存中的部分数据导入到磁盘，从而把磁盘的部分空间当做虚拟内存使用，这部分被称为swap。如果给所有应用分配足够内存后，物理内存还有剩余，Linux会尽量再利用这些空闲内存，以提高整体I/O效率，方法是把这部分剩余内存再划分为cache和buffer加以利用。如果某个时刻，系统需要更多的内存，则会把cache部分擦除，并把buffer中的内容写入到磁盘中，然后把这两部分的空间释放给系统使用，但是再次读取cache的内容时，就需要重新从磁盘读取数据。下图是系统中存在的缓存，当系统需要内存时，就会被释放空间，然后充当内存使用。

1） Page cache主要用来作为文件系统上的文件数据缓存来用，尤其是对当进程对文件有read/write操作的时候。2） Buffer cache主要是用来在系统对块设备进行读写的时候，对块设备进行数据缓存来使用。3） directory cacha的作用是作为目录缓存，避免经常访问目录慢。4） iNode cache则能够加速访问文件速度。同一系统内的文件具有唯一识别码，这个就是iNode号。查找文件的时候会先查询该文件的iNode号，再根据iNode号定位到文件位置。一般可以理解为buffer是为了作为数据写入磁盘时的一个缓冲地带。把分散的写操作集中进行，减少磁盘碎片和硬盘的反复寻道，从而提高系统性能。而cache经常被用于磁盘的I/O请求上，如果多个进程都有访问某个文件，于是该文件便被作为cache以方便下次被访问，这样可以提高系统性能。

三、当运行一个进程时系统内存不够会怎么样？

在工作中会遇到这样的场景：假设我的服务器就只有32G内存，当前以及使用了28G，而现在需要再运行一个需要10G内存的进程，那么会发生什么呢？

如果这个进程没有做什么优先级设定，那么这个进程会触发OOM，然后被系统kill掉。

什么是OOM？

OOM的全称是Out of memory Killer，叫内存终结者。在内存过低的情况下，OS（系统）会杀掉你的进程。当探测到内存使用不足的时候，OOM会被激活，然后挑选一个进程去终结掉。选择的目标进程使用的是一套算法，后面会说。

进程在运行过程中是怎么使用内存的呢？Linux允许程序申请比系统可用内存更多的内存，这个机制叫做Overcommit。这样做是处于优化系统考虑，因为不是所有的程序申请了内存就立刻使用的，当开始使用的时候，可能系统已经回收了一些资源，但是当使用overcommit给的内存时，系统还没有资源的话，这个时候就会触发OOM，然后干掉进程。

有的时候在系统内存不是很充足的情况下需要运行一个重要的程序，那么该如何避免此程序被OOM干掉呢？

调整进程的oom_adj值：Linux下每个进程都有个OOM权重，在/proc/$pid/oom_adj里面，取值-17~+15，取值越高，越容易被干掉。

OOM Killer最终是通过/proc/$pid/oom_score这个值来决定哪个进程被干掉。这个值是系统综合进程的内存消耗量、CPU时间、存活时间和oom_adj计算出来的。消耗内存越多分越高，存活时间越长分越低。总之。总的策略就是：损失最少的工作，释放最大的内存同时不伤及无辜的用来很大内存的进程，并且杀掉的进程数尽量少。另外，Linux在计算进程的内存消耗的时候，会将子进程所耗内存的一半同时计算到父进程中，这样子进程较多的进程就越容易被杀掉。

在Linux中如何查看是否有进程被OOM干掉了呢？

运行dmesg即可查询到，或者到/var/log/messages中查看。从网上找了个OOM的图：