Linux プロセス デーモン ジョブ サービス

目次

• プロセス
• ジョブ
• タスク
• スレッド
• サービス / デーモン

プロセス

process

メモリ上に展開（ロード）され、実行されている状態のプログラム。

実行中のプログラムの基本単位 であり、それぞれのプロセスは生成時にプロセスID（PID）が割り当てられる。

• カーネルは PID によってプロセスを識別 し、プロセスに対して PID を使用してメモリ、CPU、その他のリソースの割り当てを行う
• 各プロセスは独立して動作し、基本的に他のプロセスと メモリ空間を共有しない
• 「ユーザが起動するプロセス」と、「システム（システムユーザ）が起動するプロセス（プロセスが起動する別のプロセス）」が存在する
• プロセスは起動したユーザの ユーザID（UID）と グループID（GID）を保持する

シェル もプロセスの一つであり、ビルトインシェル変数 $$ を確認することで、現在実行されているシェルのプロセスIDを知ることができる。

実行中のシェルのプロセス ID を確認する

$ echo $$

親プロセス / 子プロセス

プロセスには 親プロセス と 子プロセス というお互いの関係性に基づく概念がある。

プロセスは fork() を呼び出すことで新しいプロセスを作成することができる。このとき、プロセスを生成したプロセスを 親プロセス 、生成されたプロセスを 子プロセス という。

親プロセスから子プロセスを生成することを「fork する」と表現する。

ターミナルで実行したコマンドは、シェルによって起動されるため、シェルの子プロセスとして扱われる。

ゾンビプロセス

終了しているにも関わらず、プロセステーブルと呼ばれるカーネルのプロセス管理領域に情報が残ったままのプロセス。

名前の通り死んでいるけど完全には消えていない状態を指す。

通常、子プロセスが終了すると 終了ステータス やリソース情報（CPU、メモリ、ファイルディスクリプタ など）がカーネルに保存される。親プロセスは システムコール wait() や waitpid() を呼び出し、プロセステーブルから子プロセスの情報を削除する必要がある。

親プロセスが子プロセスの終了を認識できず、wait() や waitpid() を呼び出さない場合、カーネルはプロセステーブルの子プロセスの情報を消去することができず、ゾンビプロセスが発生する。

親プロセスが終了すると、ゾンビプロセスは init (または systemd) に引き取られ、自動的に wait() されて消える。そのため、ゾンビプロセスが残るのは親プロセスが生きている間だけとなる。

$ ps コマンドで確認すると、プロセスの状態（STAT）が Z、COMMAND が defunct で表示される。

ゾンビプロセス

$ ps aux
USER PID  %CPU %MEM VSZ    RSS  TTY STAT START   TIME COMMAND
user 1234 1.0  0.1  123456 7890 ?   Z    10:15   0:00 [my_program] <defunct>

$ ps aux | grep Z
user 1234 1.0  0.1  123456 7890 ?   Z    10:15   0:00 [my_program] <defunct>

ゾンビプロセスは、通常のプロセスとは異なりメモリやCPUを消費しないが、プロセステーブルのエントリを占有する。 そのため、ゾンビプロセスが大量に発生するとプロセステーブルの枯渇により新しいプロセスを作成できなくなる可能性がある。

プロセスグループ

複数のプロセスを OS がまとめて管理するための単位。

プロセスグループID（PGID）によって識別される。すべてのプロセスは PGID を保持している。

ジョブ の最初のプロセスの PID が PGID になることが多い。

プロセスグループを確認する（output format）

$ ps -o pid,pgid,comm 

$ ps

process status

現在実行中のプロセスを表示する。

オプションなしの場合、現在ログイン中のユーザが起動中のプロセス一覧が表示される。

ログインユーザが起動したプロセスを一覧表示する

$ ps

項目	意味
PID	プロセスID
PPID	親プロセスのプロセス ID
TTY	制御端末（標準入出力 が接続された 端末）
TIME	プロセスが CPU を使用した時間
CMD	実行中のシェルもしくはコマンド
PGID	プロセスグループ
PRI	プロセスの優先度（$ nice、$ renice）
NO	プロセスの nice 値（$ nice、$ renice）
%CPU	CPU 使用率
%MEM	メモリ使用率

すべての実行中プロセスを表示（all:すべて、extra:端末に接続されていないプロセスを含む、every:すべて、full：全項目(UID, PID, PPID, 時間, コマンド名 )）

$ ps ax
$ ps -ef

実行中のプロセスのみ表示する

$ ps r

実行ユーザ名も表示する

$ ps u

実行ユーザ名を指定する

$ ps U ユーザ名

実行ユーザ名を UID で指定する

$ ps -u UID

プロセス起動時のコマンド名を指定する

$ ps -C コマンド名

PID で指定する

$ ps -p PID
$ ps -pid PID

プロセスの詳細情報を確認する

$ ps -l

環境変数も表示する

$ ps e

制御端末のないプロセスも表示する

$ ps x

$ pstree

親子関係を含めて起動中のプロセスを表示する

$ pstree

$ pgrep

条件に合致したプロセスIDを表示する

$ pgrep 検索ワード

$ grep は 標準入力 やファイルから検索ワードを探すのに対して、$ pgrep は実行中のプロセスから検索ワードを探す。

正規表現 を使った検索が可能。

プロセスを起動したユーザを指定して検索を行う

$ pgrep -u ユーザ名 検索ワード

プロセスを起動したグループを指定した検索を行う

$ pgrep -g グループ名 検索ワード

$ nice

プロセスのスケジューリング優先度（priority）を変更してコマンドを実行する。

優先度は $ ps -l で確認することができる。

ただし、直接、優先度を変更するのではなく nice 値（ナイス値）を変更することにより相対的に変更する。nice値は -20 ~ 19 までの範囲で設定することができる。

• nice 値が高い → 優先度が低い
• nice 値が低い → 優先度が高い

nice 値のデフォルト値は 0 だが、$ nice を使用した場合のデフォルト値は 10 である。

nice 値を +10 してコマンド実行する（デフォルトが +10）

$ nice コマンド

-n オプションにより、変更する nice 値を指定できる。

通常より低い優先度 (+10)で指定したコマンドを実行する

$ nice -n 10 コマンド

マイナス値は root ユーザのみ設定できる。

通常より高い優先度 (-5)で指定したコマンドを実行する

$ sudo nice -n -5 コマンド

$ renice

実行中のプロセスの nice 値を変更する。

指定したプロセスID（PID）の優先度を変更する

$ renice -n nice値 -p PID

nice 値を下げることができるのは root ユーザのみ。

$ ulimit

user limit

プロセスが使用できるリソース量を制限するためのコマンド。

制限値を一覧表示する

$ ulimit -a

シェルが作成できるファイルの最大サイズを確認する

$ ulimit -f

シェルが作成できるファイルの最大サイズを設定する

$ ulimit -f サイズ

同時に開くことができるファイルディスクリプタ数を確認する

$ ulimit -n

※ ファイルディスクリプタ

同時に開くことができるファイルディスクリプタ数を設定する

$ ulimit -n 数

シグナル

• プロセス → プロセス
• カーネル → プロセス

という方向の非同期通信の一つで、特定のイベントをプロセスに対して通知するための仕組み。

シグナルが送られると、プロセスは処理の途中であっても事前に定義された特定の動作を実行する。C 言語でこのシグナル受信時の処理をカスタマイズ実装することができるが、通常はデフォルトの動作が実行される。

またショートカットキー（Ctrl + C など）で送信されるシグナルは フォアグラウンドジョブ にのみ送信される。

シグナルの種類は $ kill -l で確認することができる。

シグナルを一覧表示する

$ kill -l
 1) SIGHUP	 2) SIGINT	 3) SIGQUIT	 4) SIGILL	 5) SIGTRAP
 6) SIGABRT	 7) SIGBUS	 8) SIGFPE	 9) SIGKILL	10) SIGUSR1
11) SIGSEGV	12) SIGUSR2	13) SIGPIPE	14) SIGALRM	15) SIGTERM
16) SIGSTKFLT	17) SIGCHLD	18) SIGCONT	19) SIGSTOP	20) SIGTSTP
21) SIGTTIN	22) SIGTTOU	23) SIGURG	24) SIGXCPU	25) SIGXFSZ
26) SIGVTALRM	27) SIGPROF	28) SIGWINCH	29) SIGIO	30) SIGPWR
31) SIGSYS	34) SIGRTMIN	35) SIGRTMIN+1	36) SIGRTMIN+2	37) SIGRTMIN+3
38) SIGRTMIN+4	39) SIGRTMIN+5	40) SIGRTMIN+6	41) SIGRTMIN+7	42) SIGRTMIN+8
43) SIGRTMIN+9	44) SIGRTMIN+10	45) SIGRTMIN+11	46) SIGRTMIN+12	47) SIGRTMIN+13
48) SIGRTMIN+14	49) SIGRTMIN+15	50) SIGRTMAX-14	51) SIGRTMAX-13	52) SIGRTMAX-12
53) SIGRTMAX-11	54) SIGRTMAX-10	55) SIGRTMAX-9	56) SIGRTMAX-8	57) SIGRTMAX-7
58) SIGRTMAX-6	59) SIGRTMAX-5	60) SIGRTMAX-4	61) SIGRTMAX-3	62) SIGRTMAX-2
63) SIGRTMAX-1	64) SIGRTMAX

シグナル番号	シグナル名	動作概要	説明
1	HUP	終了 / 再起動（Hang Up）	シェルが起動している 端末（TTY）が閉じられると、シェルが HUP を受け取り、そのシェル内で実行中のプロセスにも HUP が送られ、デフォルト動作としてプロセスが終了する。設定ファイルの再読み込みに利用される。
2	INT	終了（Interrupt）	Ctrl + C による割り込み プロセスの終了
3	QUIT	コアダンプ	Ctrl + \ によるプロセスの終了
9	KILL	強制的な終了	リソースの解放を省略してプロセスが即時終了する ※ 無視できない
15	TERM	正規の終了（Terminate）	プロセス終了前にリソースの解放が行われる
18	CONT	再開（Continue）	一時停止中プロセスの再開
19	STOP	強制的な一時停止	再開時は CONT シグナルが必要 ※ 無視できない
20	TSTP	停止（Terminal Stop）	Ctrl + Z による割り込み シェルがプロセスをバックグラウンドへ移動させて一時停止させるが、$ fg や $ bg で再開できる

※無視できない=プロセスがこのシグナルをキャッチして処理することはできない

キー操作	意味
Ctrl + C	割り込みによるプロセス終了
Ctrl + Z	割り込みによるプロセス一時停止

シグナル名はプレフィックス SIG 付きで定義されているが、省略形を使用できる。

$ kill -TERM プロセスID
$ kill -SIGTERM プロセスID

内部コマンド $ kill と 外部コマンドの $ kill

$ kill コマンドには以下の2種類が存在する。

• ビルトインコマンド（内部コマンド）としての $ kill
• 外部コマンドとしての $ kill

それぞれのコマンドは以下の違いを持つ。

• ビルトインコマンド
  • bash や zsh に代表される、シェルに組み込まれたコマンド
  • シグナル送信先のジョブID（%ジョブID）を指定することができる
• 外部コマンド
  • 実行可能ファイル /bin/kill として存在するコマンド
  • シェルが持つジョブ管理機能とは連携しないため、ジョブIDを利用できない（ジョブはシェルが管理するプロセス）

$ type コマンドを使用すると、明示的に指定しない場合にどちらが利用されるのかがわかる。

$ kill で使用されるのが内部コマンドか外部コマンドか調べる

$ type kill
kill is a shell builtin

外部コマンドを使用したい場合、絶対パスで実行する方法と $ command を利用する方法がある。

外部コマンドの $ kill を実行する

$ /bin/kill プロセスID   # 絶対パスで指定
$ command kill プロセスID   # command を利用

$ kill

指定したプロセスを強制終了させる

$ kill プロセスID
$ kill プロセスID1 プロセスID2 ... # 複数指定可
$ kill %ジョブID
$ kill -プロセスグループID
$ kill -シグナル プロセスID
$ kill -シグナル番号 プロセスID
$ kill -s シグナル プロセスID

親プロセスを終了させた場合、子プロセスについても終了される。

コマンドの内部ではプロセスに対してシグナルが送信されている。以下のように直接シグナルを指定することもできる。

シグナルを明示的に指定する

$ kill -STOP プロセスID
$ kill -s STOP プロセスID

シグナルには数字が紐づいているため、数字を指定しても良い。

シグナルを数値で指定して実行

$ kill -19 プロセスID # 19:STOP

一般的に、プロセスの強制終了はリソースの解放よりも優先されるため、システムが異常を起こす可能性がある。そのため、先に $ kill -TERM プロセスID を実行して、それでも終了できない等、やむを得ない場合にのみ $ kill -KILL プロセスID を実行した方が良い。

シグナルを省略した場合は TERM シグナルを指定したことになる。

シグナルを省略した場合は TERM シグナルを指定したことになる

$ kill プロセスID
$ kill -TERM プロセスID # kill プロセスID と同じ

- を PGID の前につけることで、プロセスグループ に対してシグナルを送信することもできる。

プロセスグループにシグナルを送信する

$ kill -TERM -プロセスグループID

$ killall

$ kill コマンドでは、シグナル送信先をプロセスID（PID）で指定できたのに対して、$ killall コマンドでは、プロセス名を使って指定することができる。

同じ名前のプロセスが複数存在する場合に便利（PID は重複しない）。

プロセスを kill する

$ killall -シグナル プロセス名
$ killall -s シグナル プロセス名

シグナルの指定については $ kill と同様で、省略した場合は TERM シグナルを指定したことになる。

シグナルを明示的に指定する

$ killall プロセス名
$ killall -TERM プロセス名 # killall プロセス名と同じ

プロセスを起動したユーザを指定する

$ killall -u ユーザ名

$ pkill

シグナルを送信するプロセスを「$ pgrep でヒットしたプロセス」に絞り込んだ上で kill することができる。

検索ワードにヒットするプロセスにシグナルを送信する

$ pkill -シグナル 検索ワード

シグナルの指定については $ kill と同様で、省略した場合は TERM シグナルを指定したことになる。

シグナルを明示的に指定する

$ pkill 検索ワード
$ pkill -TERM 検索ワード # pkill 検索ワード と同じ

プロセスを起動したユーザを指定する

$ pkill -u ユーザ名

ジョブ

単一または複数のプロセスで構成される、一連の処理単位。

複数のコマンドを パイプ で実行した場合も、一連の処理が一つのジョブとされる。

ジョブ

$ コマンド1 | コマンド2   # コマンド1と2を合わせたものがジョブ

シェル によって管理されていて、それぞれのジョブはジョブID（JID）で識別される。

JID はセッション内で 1 から順に割り振られるため、異なるシェルセッション同士で JID が重複することもある。

JID を使用する際は、プロセスID（PID）と区別するために % が接頭語として使用される。

ジョブを kill する場合と、プロセスを kill する場合

$ kill %ジョブID   # ジョブを kill する
$ kill プロセスID  # プロセスを kill する

ジョブにはフォアグラウンドで実行されるものとバックグラウンドで実行されるものがある。

ジョブはシェルによって管理される

ジョブの実態

ジョブの実態は プロセスグループ である。

プロセスグループは OS によって管理され、ジョブはシェルによって管理される。

複数のプロセスで構成されるジョブの場合、最初に実行されるプロセスの PID がそのジョブを代表する PID として扱われ、PGID にはこの PID が使用される。

この最初に実行されるプロセスをジョブの リーダー と表現することがあり、ジョブのリーダーの PID は、そのジョブの実態であるプロセスグループの PGID と一致する。

ジョブの実態はプロセスグループ

ジョブID（JID）がシェル内部で使用される識別子であることを理解すると、外部コマンドの $ kill（/bin/kill） が JID を指定して実行できないことも自然と理解できる（外部コマンドは JID を直接取得することができない。外部コマンドが取得できる JID は、システム全体で共有される、例えば ビルトインシェル変数 などの情報に限られるため）。

フォアグラウンドジョブ

フォアグラウンドで実行中のジョブがある場合、「シェルの 標準入力」が「実行中のジョブ」に接続された状態となり、シェルの標準入力が占有されるため、シェルはキーボード入力を受け付けない（ターミナルアプリ上で入力した文字がシェルに渡されない）。

フォアグランド中で実行中のジョブは Ctrl + C で終了させたり、Ctrl + Z でバックグラウンドに送り、一時停止させることができる。

バックグラウンドジョブ

バックグラウンドで実行中のジョブがあっても、シェルの標準入力は端末に接続された状態となるため、ターミナルアプリ上のコマンド入力は、通常通りシェルに渡すことができる。

バックグラウンド = 停止 ではなく、バックグラウンドで実行中のジョブもあれば、バックグランドで一時停止中のジョブも存在する。

バックグランドで一時停止中のジョブについては $ fg もしくは $ bg で再開することができる。

バックグラウンドジョブも 標準出力 が 端末 に接続されている場合があるため、この場合、フォアグラウンド実行中のジョブの出力内容とバックグランドで実行中のジョブの出力内容が混ざることがある。

過去にバックグラウンドで実行されたコマンドのうち、最後に生成されたプロセスのプロセスIDはビルトインシェル変数の $! に格納されている。

最後に実行されたバックグラウンドジョブを確認する

$ echo $!

&

コマンドの末尾に $ をつけることで、ジョブをバックグラウンドで実行させることができる。

バックグラウンドで実行

$ コマンド &

$ jobs

実行中、もしくは一時停止中のジョブID（JID）を表示する。

実行中、一時停止中のジョブを確認

$ jobs

出力形式

[JID]+ 状態(Running/Stopped) [ジョブの内容]  #  実行中のジョブ
[JID]- 状態(Running/Stopped) [ジョブの内容]  # 直前のジョブ
[JID] 状態(Running/Stopped) [ジョブの内容]

-l でプロセスID（PID）も併せて表示する。

プロセスID も表示

$ jobs -l

$ bg

background

一時停止中のジョブをバックグラウンドで再開する。

バックグラウンドで再開

$ bg %ジョブID

ジョブIDを省略した場合、最後に一時停止したジョブが対象になる。

$ fg

foreground

一時停止中のジョブをフォアグラウンドで再開させる。

または、バックグラウンドで実行中のジョブをフォアグラウンドで実行させる。

フォアグランドで実行させる

$ fg %ジョブID

ジョブIDを省略した場合、最後に操作したジョブ（バクグラウンドのものを含む）が対象になる。

$ disown

own=所有する

現在のジョブリスト（$ jobs）から特定のジョブを削除し、特定のジョブをシェルの管理下から切り離す。

管理対象外とすることで HUP シグナルを受信しなくなるため、ユーザがログアウトしてもプロセスが終了しなくなる。

ジョブをシェルの管理下から外す

$ diswon %ジョブID

タスク

カーネル のスケジューラによって管理される、処理のスケジューリング単位。

（ただしプロセスやスレッドを含む広い概念であり、文脈によって意味が異なる場合がある）

CPU の処理単位としてスケジューリングされ、以下の状態間を遷移する。

• 実行可能状態（READY）
• 実行状態（RUN）
• 待機状態（WAIT）

Linux では プロセス とほぼ同義で使用される。

スレッド

一つのプロセス内で実行される処理の実行単位。

一つのプロセス内のスレッド同士は、プロセス内でヒープ領域と呼ばれるメモリ空間を共有するが、スタックと呼ばれるメモリ空間については各スレッドが独立して保持する。ただし正確には、スタックはスレッドごとに確保されるものの、他のスレッドのスタックにアクセスすることも技術的には可能である。

（Java のスレッドについては こちら）

サービス / デーモン

メモリ上に常駐することで、バックグラウンド上で特定の機能を提供するプロセス。

通常は SysVinit や systemd によって管理され、自動的に起動されるが、$ systemctl や $ service コマンドによって起動、停止、再起動などの制御を行うことも可能。

ジョブやタスクはコマンド実行時に起動し、処理終了と共に終了するため、継続的に動作し続けるサービス、デーモンとは異なる。

サービスとデーモンの違い

Linux では デーモン はバックグラウンドで動作し、制御端末を持たない プロセスを指す。名前の末尾に d の付くものが多い。

サービス は特に init システムによって管理されるプロセスを指す。デーモンはサービスに含まれる概念であるが、単発のジョブ（Type=oneshot）もサービスとして管理されることがある。

特に systemd では ユニット という概念があり、その中の「サービスユニット（*.service）」が狭義の「サービス」にあたる（ただし、ソケットユニット（*.socket）やタイマーユニット（*.timer）もサービスの一部として機能する場合がある）。

主なデーモン

• Webサーバ
  • httpd
  • apache2
  • nginx
• DBサーバ
  • mysqld
  • postgres
  • mongod
• メールサーバ
  • postfix
  • exim
  • sendmail
• SSHサーバ
  • sshd
• ジョブスケジューラ
  • $ crond

デーモンは通常 init（または systemd）を直接、または間接的な親プロセスとするため、ログインユーザとは独立したプロセスツリーを持つ（プロセスツリーは $ pstree で確認できる）。

プロセスには、「親プロセスが終了したら子プロセスも連動して終了する」特徴があるが、システムの起動時に自動起動したデーモンは ユーザが起動するプロセスとは親子関係にない ため、ユーザがログアウトしても連動して終了することがない。

標準入出力の扱い

デーモンのプロセスは 標準入出力 を /dev/null に接続しているため、制御端末（TTY）を持たない。

ただし、systemd によって管理されるサービスは journald にログを記録するため、標準出力が /dev/null にリダイレクトされない場合もある（systemctl status で確認可能）。

デーモンのように標準入出力に接続されておらず、制御端末を持たないプロセスは、$ ps aux コマンドで確認すると TTY の項目が ? で表示される。

スーパーサーバ

複数のデーモンを管理する役割を持つ特別なデーモン。

デーモンは通常、常時メモリ上にいる ため、その分リソースを消費する。
スーパーサーバは必要に応じて適切なデーモンを起動することでリソースを節約することができる。一方で、要求を受けてからデーモンが起動するため、応答が遅くなるデメリットがある。

代表的なスーパーサーバには inetd（internet service daemon） や xinetd（extended inetd） がある。

スーパーサーバを経由せず、init や systemd によって起動されるデーモンを スタンドアロンデーモン と言う。

inetd

internet service daemon

ネットワークサービス（telnet、ftp、rsh、pop3 など）へのリクエストを一括で待ち受け、それぞれのサービス用のプロセスを、必要なときだけ起動するスーパーサーバ。

/etc/inetd.conf にサービスの定義が記述されている。

xinetd

extended internet daemon

inetd の後継版。

• /etc/xinetd でシステム全体の設定を行う
• /etc/xinetd.d/ 配下の設定ファイルでサービス固有の設定を行う
• アクセス制御が可能
• リソースの使用量制限が可能