进程管理与信号
运维面试中的进程问题偏向操作和排障：怎样让程序在后台长期运行，怎样优雅地停止，系统里为什么有僵尸进程，systemd 怎样管理服务。本文讲用户态与内核态、进程的状态与父子关系、信号，以及服务的托管方式。进程与线程的区别见进程与线程。
1. 面试核心
先记住这几条，再读正文- 用户态运行应用代码，只能访问自己的内存；访问硬件、文件、网络等需要通过系统调用进入内核态，由内核代为执行。中断和异常也会切换到内核态。卡 · 用户态与内核态
- 子进程退出后，内核保留它的退出状态，等父进程调用
wait回收；父进程没有回收前它是僵尸进程（状态 Z）。父进程先退出，子进程成为孤儿进程，被 init（PID 1）或指定的子进程收养者接管并回收。卡 · 进程状态与父子关系 - 僵尸进程已经释放了内存，只占一个进程表项，
kill -9杀不掉它；要处理的是父进程：让父进程回收，或结束父进程让 init 接管回收。 kill默认发送 SIGTERM，进程可以捕获后清理退出；SIGKILL（-9）不能被捕获，进程立即终止，来不及清理。停止服务先发 SIGTERM，超时后再发 SIGKILL。- 长期运行的服务交给
systemd托管：负责启动顺序、崩溃重启、日志收集和资源限制。nohup加&只适合临时任务。卡 · 服务的托管与后台运行
2. 用户态与内核态
CPU 有不同的特权级。应用程序运行在用户态，不能直接执行特权指令，也不能访问其他进程和内核的内存；内核运行在内核态，可以访问全部硬件和内存。
切换到内核态的三种途径：
- 系统调用：程序主动请求内核服务，如
read、write、open、fork。 - 中断：外部设备（网卡、磁盘、时钟）通知 CPU。
- 异常：缺页、除零等，由内核处理。
每次切换都要保存和恢复寄存器等上下文，有一定开销。所以频繁的小块读写、过多的系统调用会让 top 中的 sy 升高，批量读写、零拷贝等优化都是为了减少切换和数据复制。用 strace -c -p <pid> 可以统计进程的系统调用。
3. 进程状态与父子关系
ps aux 的 STAT 列：
| 状态 | 含义 |
|---|---|
| R | 运行或在运行队列中 |
| S | 可中断睡眠，等待事件（大多数进程平时处于此状态） |
| D | 不可中断睡眠，通常在等待 I/O，信号无法打断 |
| T | 被暂停（如收到 SIGSTOP、被调试） |
| Z | 僵尸，已退出、等待父进程回收 |
fork 与写时复制：fork 创建的子进程得到父进程地址空间的副本。为了减少复制，父子进程先共享物理页，任何一方写入时才复制该页。所以子进程修改内存中的数据不会影响父进程；但如果父子进程共享同一个打开的文件描述符，它们共用文件偏移，写入同一个文件会互相影响，见文件描述符。
僵尸进程：子进程退出后，内核释放它的内存等资源，但保留进程表项和退出状态，等父进程调用 wait/waitpid 读取。父进程不回收，子进程就一直是 Z 状态。少量僵尸无害，大量僵尸会耗尽 PID。
孤儿进程：父进程先退出，子进程被 PID 1（或设置了 subreaper 的进程）收养，由收养者负责回收，不会长期成为僵尸。
容器中的 PID 1：容器内第一个进程就是 PID 1，如果它是普通业务程序，不会回收收养来的子进程，也可能不处理 SIGTERM。可以使用 tini 这类轻量 init，或者在 docker run 时加 --init。
4. 信号
| 信号 | 编号 | 默认行为 | 用途 |
|---|---|---|---|
| SIGHUP | 1 | 终止 | 终端断开；很多服务约定为重新加载配置 |
| SIGINT | 2 | 终止 | Ctrl+C |
| SIGKILL | 9 | 终止，不可捕获 | 强制结束 |
| SIGTERM | 15 | 终止 | kill 默认，请求进程退出 |
| SIGSTOP / SIGCONT | 19 / 18 | 暂停 / 继续 | 暂停进程 |
| SIGCHLD | 17 | 忽略 | 子进程状态变化，父进程据此回收 |
优雅停止：进程捕获 SIGTERM 后停止接收新请求、处理完进行中的请求、关闭连接和文件后退出。systemd 和 Kubernetes 停止进程时都是先发 SIGTERM，等待一段时间（如 Kubernetes 默认 30 秒）后再发 SIGKILL。
5. 服务的托管与后台运行
| 方式 | 说明 | 适用 |
|---|---|---|
cmd & | 后台运行，终端关闭时可能收到 SIGHUP 而退出 | 临时 |
nohup cmd > out.log 2>&1 & | 忽略 SIGHUP，输出重定向 | 临时的长时间任务 |
tmux / screen | 保留终端会话，可以重新连接 | 需要交互的长任务 |
systemd 服务 | 开机启动、依赖顺序、崩溃重启、日志、资源限制 | 长期运行的服务 |
CentOS 6 及以前使用 SysV init，服务脚本在 /etc/init.d/，按运行级别顺序启动；之后的主流发行版改用 systemd，并行启动，用单元文件描述服务。
一个最小的服务单元文件：
# /etc/systemd/system/app.service
[Unit]
Description=Demo app
After=network-online.target
[Service]
User=app
ExecStart=/opt/app/bin/app --config /etc/app.yaml
Restart=on-failure
LimitNOFILE=65535
[Install]
WantedBy=multi-user.target
常用命令：systemctl daemon-reload 重新加载单元文件，systemctl enable --now app 设置开机启动并立即启动，systemctl status app 查看状态和最近日志，systemctl cat app 查看单元文件位置和内容，journalctl -u app -f 跟踪日志。
6 · 面试题卡片
6.1 用户态和内核态有什么区别？什么情况下会切换到内核态？
出现公司：网易互娱、虾皮
考察重点
- 特权级与内存访问范围的区别。
- 系统调用、中断、异常三种进入方式；切换的开销与优化方向。
相关内容：用户态与内核态。
参考回答
CPU 区分特权级。用户态运行应用代码，只能访问自己进程的地址空间，不能直接操作硬件；内核态运行内核代码，可以执行特权指令、访问所有内存和设备。这样一个程序出错不会破坏其他程序和内核。
进入内核态有三种情况：程序发起系统调用（如 read、write、fork），CPU 通过专门的指令陷入内核，内核按系统调用号执行对应功能后返回；外部设备发出中断；程序触发缺页等异常。切换需要保存和恢复寄存器上下文，系统调用过多会让 CPU 的内核态占比升高，所以有批量 I/O、零拷贝等优化。协程的调度由用户态的运行时完成，切换不经过内核，所以比线程切换开销小。
6.2 僵尸进程和孤儿进程有什么区别？僵尸进程怎样处理？
出现公司：顺丰、虾皮
考察重点
- 两种进程产生的条件和谁负责回收。
- 僵尸进程不能被 kill，要处理父进程；容器中的 PID 1 问题。
相关内容：进程状态与父子关系。
参考回答
子进程退出后，内核释放它的大部分资源，但保留进程表项和退出状态，等待父进程调用 wait 读取。在父进程回收之前，它就是僵尸进程，ps 中状态为 Z。孤儿进程是父进程先退出、自己仍在运行的进程，它会被 PID 1 收养，退出后由 PID 1 回收，所以孤儿进程本身无害。
僵尸进程已经死了，kill -9 对它无效。处理方法是找到父进程（ps -o ppid= -p <pid>）：修复父进程使其处理 SIGCHLD 并调用 wait；无法修复时结束父进程，僵尸变成孤儿，由 PID 1 回收。少量僵尸只占进程表项，大量僵尸会耗尽 PID 导致无法创建新进程。在容器里，业务程序作为 PID 1 时不会回收收养来的进程，应使用 tini 等 init 进程。
6.3 怎样让程序在后台长期运行？systemd 是什么，怎样知道一个服务运行的是哪个程序？
出现公司：京东、共济科技、实在智能
考察重点
nohup、tmux与systemd的适用场景。- 单元文件的关键配置；SysV init 与 systemd 的差异；优雅停止。
相关内容：服务的托管与后台运行、信号。
参考回答
临时任务可以用 nohup cmd > out.log 2>&1 &，忽略终端断开的 SIGHUP 并把输出写到文件；需要交互的长任务用 tmux。长期运行的服务应该交给 systemd：它是现在主流发行版的 PID 1，用单元文件描述服务的启动命令、运行用户、依赖顺序、失败重启策略和资源限制，开机自动启动，日志进入 journald。CentOS 6 之前用 SysV init，服务脚本放在 /etc/init.d/，按运行级别串行启动；systemd 可以并行启动并管理依赖。
要知道服务实际运行的程序，用 systemctl status <服务> 看主进程和单元文件路径，systemctl cat <服务> 看单元文件中的 ExecStart。停止服务时 systemd 先发 SIGTERM，超时后发 SIGKILL，所以程序应处理 SIGTERM 完成清理。