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写在前面

今天学两块内容——Shell编程基础和进程管理。前者是"怎么让Linux帮我干活"，后者是"Linux里面的事都是怎么跑的"。看起来不相关，但其实是一条线：你写Shell脚本让系统干活，系统靠进程来执行这些活。那就从最简单的表达式开始说。

第一部分：Shell编程 — 给Linux定个规矩

1.1 表达式 — Shell的"语法课"

Shell表达式说白了就三件事：算数、判断、比较。

运算表达式 — 小学算数

$((3 + 5)) # 输出8 $((10 % 3)) # 输出1（取余数）

没啥好说的，跟计算器一样。

测试表达式 — 问问题

Shell里问问题，答案不是"对"就是"错"：

[ 条件 ] 写成真(0) 写成假(非0)

坑来了：Shell里执行成功返回0，失败返回非0。跟绝大多数编程语言正好相反！C语言里0是假，1是真。Shell里0是真，1是假——别记反了。

整数比较 — 谁的数更大

[ $age -gt 18 ] && echo "成年了"

1.2 单括号 vs 双括号 — 两个"判官"的区别

Shell里判断条件有两种写法：[ ]（老祖宗）和[[ ]]（新一代）。跟iPhone一样，新的比旧的功能多：

结论：能用[[ ]]就用[[ ]]，除非你的脚本要在上古 Shell 上跑。

# 判断是不是纯数字 [[ $var =~ ^[0-9]+$ ]] && echo "是纯数字" ​ # 判断文件是不是jpg [[ $file == *.jpg ]] && echo "是图片"

1.3 流程控制 — 让Shell有脑子

if 语句 — 做决策

if [[ $score -ge 60 ]]; then echo "及格了" elif [[ $score -ge 30 ]]; then echo "还有救" else echo "回家种地" fi

注意if后面的; then——分号表示"一句话里换行"。也可以写成：

if [[ $score -ge 60 ]] then echo "及格了" fi

case 语句 — 做选择题

适合那种"值就是这几个之一"的场景：

case $1 in start) echo "启动服务" ;; stop) echo "停止服务" ;; restart) echo "重启服务" ;; *) echo "用法: $0 {start|stop|restart}" ;; esac

case比if-elif-elif-elif清爽太多，看到;;就相当于"这个case结束"。最后的*)是默认分支，类似 switch 里的 default。

第二部分：进程管理 — Linux的"人口管理"

2.1 进程到底是什么？

程序是菜谱，进程是在做菜的过程。

程序（菜谱）放在磁盘上，是一堆静态的指令。当你双击（或执行）它，操作系统把它加载到内存里，分配资源、调度执行——这时候它才叫进程。

进程由三部分组成：

┌─────────────────────────────────┐ │ 进程 = 代码 + 数据 + PCB │ └─────────────────────────────────┘

拿做饭来类比：

• 代码（Text） = 菜谱上的步骤（怎么切菜、什么时候放盐）

• 数据（Data/Heap/Stack） = 锅里的食材（变量、状态）

• PCB（Process Control Block） = 你脑袋里记着的"做到哪一步了"

PCB是最关键的部分——它是进程的身份证。操作系统就是靠PCB来管理所有进程的。PCB里记录的东西包括：PID（身份证号）、状态（在排队还是在干活）、优先级（你是VIP还是普通号）、CPU寄存器值（刚才做到哪一行了）。

2.2 进程的五种状态 — 一个人的五种"状态"

在Linux里，一个进程从生到死会经历这些状态：

创建 → 就绪 ↔ 运行 ↔ 阻塞 ↓ 终止

拿医院挂号看病来理解：

🟢创建（New）

你到医院前台，挂号了，护士在电脑里录入你的信息（创建PCB），给你分配病历本（分配资源）。

🟡就绪（Ready）

你拿号坐着等，啥也没干，就等大屏幕叫号（等待CPU分配）。你已经准备好了一切，就差CPU了。

🔴运行（Running）

大屏幕叫到你，你进了诊室见医生（获得CPU，正在执行）。单核CPU同一时间只能有一个进程在跑，就像只有一个医生一次只能看一个病人。

🔵阻塞（Blocked/Waiting）

医生说"你先去拍个CT，片子出来再来找我"。你出去等片子（等待I/O完成），这时候医生可以看下一个病人（CPU被调度走了）。注意：你已经拿到CPU了，但因为要等某个事件主动放弃了。

⚫终止（Terminated）

看完了，拿药走人，护士注销你的信息（回收资源）。

就绪 vs 阻塞的区别（面试高频题）：

• 就绪：万事俱备，只差CPU（你坐在诊室门口像等号，门一开就能进）

• 阻塞：CPU来了你也干不了（你去拍CT了，就算医生喊你你也没法看病）

2.3 进程是怎么生出来的？— fork 和 clone

这是这块最重要的知识点，面试必问。

fork() — 影分身之术

pid_t pid = fork(); if (pid == 0) { // 这是子进程 printf("我是儿子，我的PID是%d\n", getpid()); } else if (pid > 0) { // 这是父进程 printf("我是爸爸，我儿子的PID是%d\n", pid); }

fork()会创建一个几乎完全一样的子进程：

• 子进程复制了父进程的代码段、数据段、堆、栈

• 父进程收到子进程的PID，子进程收到0

• 如果fork失败，返回 -1

但如果每次都完全复制，太浪费内存了——父子进程大部分数据是一样的，干嘛复制两份？

这就引出了写时复制（COW, Copy-On-Write）：

刚开始父子进程共享同一块物理内存，只是各自的虚拟地址映射到同一块物理内存。只有当其中一方试图修改数据时，内核才真正复制一份给修改方。这就像：你和你爸住一起，客厅的电视共用。只有当你和你爸同时想看不同频道的时候，才会再买一台电视。

clone() — 轻量级分身

fork()是复制所有，而clone()可以选择性共享：

• 共享内存空间 → 线程

• 不共享内存空间 → 普通进程

• 共享文件描述符 → 同一组打开文件

本质是：在Linux内核里，线程和进程底层都是用 task_struct 表示的，线程只是"共享了大部分资源的进程"。

你现在常用的pthread_create底层就是调用的clone()。

2.4 进程管理命令 — Linux的"人口普查工具"

① 看谁在跑 — ps（静态快照）

ps -ef # 标准格式，所有进程 ps aux # 详细格式，含CPU/内存占用 ps aux | grep nginx # 只找nginx相关

-ef和aux是两种流派，用哪个都行，习惯哪个用哪个。

② 谁生了谁 — pstree（家族树）

pstree # 树状展示父子关系，非常直观 pstree -p # 带上PID

你会发现systemd是所有进程的老祖宗（PID为1），所有进程追根溯源都是它生出来的。

③ 实时监控 — top（动态直播）

top # 跑起来像Windows的任务管理器

进去之后按：

• P— 按CPU排序

• M— 按内存排序

• k— 输入PID杀进程

• q— 退出

④ 查内存 — free

free -h # 友好格式，显示GB/MB

⑤ 看端口 — lsof（谁占了我的端口？）

lsof -i :80 # 看谁占用了80端口 lsof -Pti :80 # 只输出PID，适合写脚本用

这是排查端口冲突的经典三板斧：lsof -i :端口→ 拿到PID →kill

⑥ 系统整体性能 — vmstat

vmstat 1 5 # 每隔1秒刷新一次，总共5次

输出里重点关注：

• r（run queue）：排队的进程数，持续大于CPU核数说明CPU不够用

• b（blocked）：被阻塞的进程数，过高说明I/O瓶颈

• si/so：swap换入换出，非0说明内存紧张

2.5 进程控制 — 生杀大权

温柔的杀 vs 暴力的杀

kill 1234 # 发SIGTERM(15)，请求进程自己退出 ← 温柔版 kill -9 1234 # 发SIGKILL(9)，强制杀死 ← 暴力版

能用kill 1234就别用kill -9。SIGTERM 相当于跟进程说"请收拾一下下班"，SIGKILL 相当于直接断电拔网线。很多程序收到 SIGTERM 会做清理工作（保存数据、关闭文件等），收到 SIGKILL 啥都来不及做。

按名字杀

killall nginx # 杀掉所有nginx进程 killall -i nginx # 杀之前问问你，防止误杀 ​ pkill -U test # 杀掉用户test的所有进程 pkill -t pts/1 # 杀掉某个终端的所有进程

killall和pkill的区别：前者按进程名匹配，后者更灵活（可以按用户、终端等条件）。

抢CPU — nice/renice

Linux是"多任务"系统，但CPU只有一个（单核）。那谁先谁后？靠优先级：

优先级范围：-20（最高优先级） ~ 19（最低优先级） 默认值：0 数字越小，越优先

# 启动时指定优先级 nice -n 10 ./slow_script.sh # 低优先级跑，让出CPU给重要任务 nice -n -5 ./urgent_task.sh # 高优先级跑（需要root权限） ​ # 运行时调整优先级 renice -n 5 -p 1234 # 把PID 1234的优先级改成5 renice -n 10 -u test # 把用户test的所有进程优先级改成10

类比：超市结账

• nice值-20 ≈ VIP通道，优先结账

• nice值19 ≈ 你拿了一车东西但只有几件，让后面拿一瓶水的先结

• 默认0 ≈ 普通排队

2.6 前后台任务 — 一个人当两个人用

想象你在终端前：

• 前台：你眼前正在运行的程序，占着你的终端

• 后台：在幕后默默运行的程序，不占用终端操作

# 启动后放到后台 tar -czvf backup.tar.gz /data & ​ # 查看所有后台任务 jobs jobs -l # 带PID ​ # 调回前台 fg %1 # 把1号后台任务调到前台 ​ # 暂停的前台任务在后台继续跑 bg %1 # 恢复暂停的1号后台任务 ​ # 杀后台任务 kill %1 # 通过任务编号杀

典型场景：

1. tar打了大包，不想干等，按Ctrl+Z暂停

2. bg %1把它放后台继续跑

3. 继续敲其他命令

4. 想查进度fg %1调回前台查看

要点速查卡

Shell编程

[ 条件 ] — 单括号（传统） [[ 条件 ]] — 双括号（推荐，支持正则 && ||） 整数比较：-eq -ne -gt -ge -lt -le 逻辑运算符：&&(与) ||(或) !(非) case语法： case $var in pattern1) cmd1 ;; pattern2) cmd2 ;; *) default ;; esac

进程管理

进程三要素：代码 + 数据 + PCB（最重要的身份证） 五种状态：创建 → 就绪 ↔ 运行 ↔ 阻塞 → 终止 创建方式：fork()（完全复制+COW）| clone()（选择性共享=线程） ​ 常用命令： ps -ef / ps aux # 看进程 pstree -p # 看父子关系 top # 动态监控 lsof -i :端口 # 查端口占用 free -h # 看内存 vmstat 1 5 # 看系统性能 kill -9 PID # 强制杀 nice -n N cmd # 设置优先级启动 jobs / fg / bg # 前后台管理

最后说几句

今天学的东西有个很清晰的脉络：

Shell编程→ 是用代码跟Linux对话的方式表达式和流程控制→ 是语法规则进程→ 是Linux执行这些代码的方式fork/clone→ 是进程如何"生孩子"（面试必考）ps/top/kill→ 是你在运维中每天都要用的"人口管理工具"

把进程的五种状态流转和fork()的原理理解透，这两个是面试最爱问的。其他的命令多用几次就记住了，不用硬背。