Prozesse

Ein Programm hängt, die VM wird plötzlich langsam, ein Dienst läuft doppelt. In allen drei Fällen brauchst du dieselben Werkzeuge: Prozesse anzeigen, verstehen, beenden. Das ist tägliche Arbeit auf jedem Server, und es geht ohne Task-Manager.

Was ein Prozess ist

Ein Programm ist eine Datei auf der Platte, etwa /usr/bin/sleep. Ein Prozess ist dieses Programm, während es läuft: mit eigenem Speicher, einem Besitzer, geöffneten Dateien und einer Nummer, der PID (process ID). Der Kernel führt die Prozesstabelle und teilt die CPU zu.

Jeder Prozess wird von einem anderen gestartet, dem Elternprozess, dessen PID als PPID vermerkt ist. So entsteht ein Baum. Ganz oben steht PID 1: Auf Ubuntu ist das systemd, das beim Booten als erstes Programm startet und alle Dienste hochfährt. In älteren Unterlagen heisst PID 1 noch init; der Name lebt als Symlink weiter.

ps -p 1 -o pid,ppid,user,comm
ls -l /sbin/init
echo "$$"

$$ ist die PID deiner aktuellen Shell. Jeder Befehl, den du eintippst, wird ein Kindprozess davon.

Prozesse anzeigen

ps zeigt eine Momentaufnahme. Es hat zwei Optionsstile (BSD ohne Strich, Unix mit Strich), beide sind verbreitet:

ps aux | head -n 5
ps -ef | head -n 5
ps -u "$USER"
ps -o pid,ppid,stat,cmd --forest -u "$USER"

Die wichtigsten Spalten von ps aux:

Spalte	Bedeutung
USER	Unter welchem Konto der Prozess läuft
PID	Prozessnummer
%CPU, %MEM	Anteil an Prozessor und Arbeitsspeicher
STAT	Zustand: R läuft, S schläft (wartet), T gestoppt, Z Zombie (beendet, aber vom Elternprozess noch nicht abgeholt)
START, TIME	Startzeit und verbrauchte CPU-Zeit
COMMAND	Der Befehl mit Argumenten. In eckigen Klammern: Kernel-Threads

Den Baum zeigt pstree. Falls es fehlt: sudo apt install psmisc.

pstree -p | head -n 20
pstree -p "$$"

Hands-on: Wo steckt dein Terminal? Verfolge die Kette von deiner Shell bis zu PID 1.

pstree -sp "$$"

Live zuschauen: top und htop

top aktualisiert sich alle drei Sekunden. Der Kopfbereich zeigt Laufzeit, Load Average, CPU- und Speichersummen, darunter die Prozessliste, sortiert nach CPU.

top

Tasten in top:

Taste	Wirkung
h	Hilfe
P / M	Nach CPU / nach Speicher sortieren
u	Nur Prozesse eines Benutzers
1	Jede CPU einzeln anzeigen
k	Prozess beenden (fragt nach PID und Signal)
q	Beenden

htop kann dasselbe, ist aber farbig, mit Maus bedienbar und zeigt die Funktionstasten unten an. Auf Servern ist es oft das Erste, was man nachinstalliert:

sudo apt install htop
htop

Signale und kill

Prozesse beendet man nicht, man schickt ihnen ein Signal. Was der Prozess damit macht, entscheidet er meist selbst.

Signal	Nummer	Bedeutung
SIGTERM	15	Bitte beenden. Der Prozess kann aufräumen. Standard von kill
SIGKILL	9	Sofort weg. Der Kernel beendet den Prozess, keine Chance aufzuräumen
SIGHUP	1	Terminal weg. Viele Dienste lesen darauf ihre Konfiguration neu
SIGINT	2	Was Ctrl+C schickt
SIGSTOP / SIGCONT	19 / 18	Anhalten und fortsetzen

kill -l
kill 12345
kill -TERM 12345
kill -9 12345

Die Reihenfolge ist immer dieselbe: zuerst kill PID, ein paar Sekunden warten, erst dann kill -9. Ein Prozess, der mit SIGKILL stirbt, kann keine Dateien schliessen und keine Lock-Dateien aufräumen. Eine Datenbank dankt es dir nicht.

Wer die PID nicht kennt, sucht nach dem Namen:

pgrep -a sleep
pkill sleep
killall sleep
pkill -f "sleep 300"

pgrep zeigt nur, pkill schickt das Signal. -f sucht in der ganzen Befehlszeile statt nur im Programmnamen. Fremde Prozesse darfst du nicht beenden, dafür braucht es sudo.

Erst schauen, dann killen

pkill und killall treffen alle Prozesse mit diesem Namen. sudo killall bash beendet jede Shell auf dem System, deine eingeschlossen. Vorher mit pgrep -a prüfen, was getroffen würde.

Vordergrund und Hintergrund

Ein Befehl blockiert die Shell, bis er fertig ist. Mit & am Ende startet er im Hintergrund, und du bekommst den Prompt sofort zurück.

Hands-on: Spiel das einmal durch.

1. Prozess im Hintergrund starten. Die Shell zeigt Jobnummer und PID:

   sleep 300 &
   jobs

2. Einen zweiten im Vordergrund starten, mit Ctrl+Z anhalten, dann im Hintergrund weiterlaufen lassen:

   sleep 200
   # Ctrl+Z
   jobs
   bg %2
   jobs

3. Einen Job in den Vordergrund holen und mit Ctrl+C beenden:

   fg %2
   # Ctrl+C

4. Den ersten gezielt beenden, über die Jobnummer oder die PID:

   kill %1
   jobs

Hintergrundjobs gehören zu deiner Shell. Schliesst du das Terminal, bekommen sie SIGHUP und sterben mit. Soll etwas weiterlaufen, startest du es mit nohup und leitest die Ausgabe um:

nohup ./langer-job.sh > job.log 2>&1 &

Für echte Dienste ist das keine Lösung, dafür gibt es systemd (Modul 9). Für einen einmaligen langen Lauf über SSH reicht nohup, oder tmux.

Priorität: nice

Der Scheduler verteilt die CPU fair. Mit nice sagst du, dass ein Prozess anderen den Vortritt lassen soll. Die Skala geht von -20 (wichtig) bis 19 (nett zu allen anderen), Standard ist 0. Nur root darf unter 0.

nice -n 15 tar czf backup.tgz /home &
renice -n 5 -p 12345

Systemlast lesen

uptime
nproc

 14:02:11 up 3 days,  2:14,  2 users,  load average: 0.52, 0.31, 0.18

Der Load Average ist die durchschnittliche Zahl von Prozessen, die laufen oder auf CPU oder Platte warten, über 1, 5 und 15 Minuten. Die Zahl ist nur im Verhältnis zur Anzahl CPUs sinnvoll: Load 2 auf einer CPU heisst Dauerstau, auf vier CPUs ist es halbe Auslastung. Steigt die 1-Minuten-Zahl über die 15-Minuten-Zahl, wird es gerade schlimmer.

/proc: Blick in den Kernel

Das Verzeichnis /proc ist kein Verzeichnis auf der Platte, sondern eine Sicht auf den Kernel, als Dateien verkleidet. ps und top lesen genau hier.

ls /proc | head
cat /proc/loadavg
grep -E 'model name|^cpu cores' /proc/cpuinfo | sort -u
grep -E 'MemTotal|MemAvailable' /proc/meminfo
free -h

Für jeden Prozess gibt es ein Unterverzeichnis mit seiner PID:

ls /proc/$$
head -n 10 /proc/$$/status
tr '\0' ' ' < /proc/$$/cmdline; echo

Bei free -h zählt die Spalte available, nicht free. Linux nutzt freien Speicher als Dateicache und gibt ihn bei Bedarf sofort wieder her. Wenig free ist normal, wenig available ist ein Problem.

Aufgabe 6.2 · Prozesse beobachten und beenden

Zeichne die Sitzung mit script labs/linux/06-system/prozesse.txt auf und arbeite die Punkte ab. Antworten als #-Kommentar.

1. Zeige PID 1 mit Namen und Besitzer. Welches Programm ist es?
2. Starte sleep 300 & und sleep 400 &. Zeige beide mit jobs, mit pgrep -a und mit pstree -p "$$". Wer ist der Elternprozess der beiden?
3. Beende den ersten über die Jobnummer, den zweiten über die PID mit kill. Prüfe mit jobs, dass beide weg sind. Welches Signal hat kill ohne Option geschickt?
4. Starte sleep 500, stoppe es mit Ctrl+Z, zeige jobs (welcher Zustand?), setze es mit bg fort und beende es mit pkill.
5. Lies uptime und nproc. Ist die VM ausgelastet? Begründe mit den Zahlen.
6. Wie viel Arbeitsspeicher hat die VM, wie viel ist verfügbar? Nimm free -h und erkläre den Unterschied zwischen free und available.

Abgabe: labs/linux/06-system/prozesse.txt.

Lösung anzeigen

script labs/linux/06-system/prozesse.txt
ps -p 1 -o pid,user,comm
# PID 1 ist systemd, läuft als root.
sleep 300 &
sleep 400 &
jobs
pgrep -a sleep
pstree -p "$$"
# Elternprozess beider sleep ist meine Bash (PID aus echo $$).
kill %1
kill "$(pgrep -f 'sleep 400')"
jobs
# kill ohne Option schickt SIGTERM (15).
sleep 500
# Ctrl+Z
jobs
# Zustand: Stopped
bg %1
pkill -f 'sleep 500'
jobs
uptime
nproc
# Load 0.15 bei 2 CPUs: fast nichts zu tun.
free -h
# 4 GiB total, 3.1 GiB available. free ist kleiner, weil der Kernel
# den Rest als Dateicache nutzt, der bei Bedarf sofort frei wird.
exit

Selbstcheck · 5 Fragen

1. Welcher Prozess hat auf Ubuntu 24.04 die PID 1?

bashsystemdder Kernel

systemd ist das erste Programm, das der Kernel startet, und der Vorfahre aller anderen Prozesse. /sbin/init ist nur noch ein Symlink darauf.

2. Was schickt kill 1234 ohne weitere Option?

SIGKILL (9)SIGTERM (15)SIGHUP (1)

3. Wann ist kill -9 angebracht?

Immer, es ist am schnellstenErst wenn der Prozess auf SIGTERM nicht reagiertNur für Prozesse von root

SIGKILL lässt den Prozess nicht aufräumen. Offene Dateien und Locks bleiben zurück.

4. Was bedeutet load average 4.0 auf einer VM mit 2 CPUs?

40 Prozent AuslastungDie CPUs sind voll und im Schnitt warten zwei weitere ProzesseVier Benutzer sind angemeldet

5. Welche Aussagen zu Hintergrundjobs stimmen? (mehrere Antworten möglich)

Ctrl+Z hält den Vordergrundprozess anbg lässt einen angehaltenen Job im Hintergrund weiterlaufenHintergrundjobs überleben das Schliessen des Terminals immer

Beim Schliessen des Terminals bekommen die Jobs SIGHUP. nohup schützt davor.

Antworten prüfen

Weiterführend

• man ps, man 7 signal, man 5 proc
• ubuntuusers: Prozesse
• Brendan Gregg: Linux Load Averages, für die, die es genau wissen wollen.