[Linux] 리눅스 프로세스 관리: 개념, 종류, 명령어, cronjob

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1. 프로세스 개념

1) 개요

리눅스는 다중 프로세스 시스템으로, 실행 중인 프로그램은 프로세스 형태로 관리된다.
프로세스는 부모-자식 관계를 가지고 생성되며, 시스템 프로세스(운영체제가 생성)와 사용자 프로세스(사용자가 생성)로 나눌 수 있다.
리눅스 부팅 시 systemd와 kthreadd 프로세스가 생성되며, 이 두 프로세스를 제외한 모든 프로세스는 부모 프로세스가 존재한다.
자식 프로세스는 부모 프로세스에 의해 생성되며, 자신의 작업이 종료되면 부모에게 결과를 전달하고 종료된다. 결과는 정상 수행이나 에러로 인한 종료를 구분하기 위한 값이다.
예를 들어, 사용자가 로그인하여 bash shell을 실행하고 vi 편집기를 실행하면 vi 프로세스는 자식 프로세스가 되고, bash shell은 부모 프로세스가 된다. vi 편집기를 종료하면 결과를 bash shell에게 전달하고 종료된다.

2) 프로세스 번호

프로세스는 관리의 편리성을 위해 고유한 번호, 즉 PID(Process Identification Number)를 부여받는다.
이름 대신 번호를 사용하는 이유는 하나의 프로그램을 동시에 여러 번 실행할 수 있기 때문이다.
PID는 1번부터 일련번호 형태로 부여되며, systemd가 1번, kthreadd가 2번으로 생성된다.
유닉스에서는 init 프로세스가 1번이었으나, 우분투에서는 init의 이름을 systemd로 변경하였다.

2. 프로세스 종류

리눅스의 프로세스 중 사용자가 실행한 경우, 잠깐 실행되었다가 종료될 수 있다. 다음은 주요 프로세스 종류이다.

1) Daemon Process

특정 서비스를 지속적으로 제공하기 위해 존재한다.
커널에 의해 실행되며 평소에는 대기 상태에 있다가 요청이 오면 서비스를 제공한다.
서버에서 구동되는 프로세스들이 여기에 해당하며, 일반적으로 ‘부탁을 하면 그때 와서 일을 해’라는 비유로 설명할 수 있다.
지속적으로 실행되거나 작업 시간이 오래 걸리는 경우 주로 데몬으로 실행된다.

2) Orphan Process

부모 프로세스가 종료되었음에도 종료되지 않고 남아있는 자식 프로세스이다.
이 경우, 1번 프로세스가 새로운 부모 프로세스가 된다.

3) Zombie Process

자식 프로세스가 종료될 때 부모 프로세스에게 종료 사실을 알리고 종료되지만, 부모 프로세스의 자식 프로세스 테이블에는 여전히 남아있는 형태이다.
부모 프로세스가 자식 프로세스의 종료를 제대로 처리하지 못해 발생하며, 프로세스 목록에서는 defunct로 표시된다.
부모 프로세스는 자식 프로세스를 테이블 형태로 관리하는데, 테이블의 용량이 유한하다. 용량이 다 차면 더 이상 프로세스를 생성할 수 없다.
좀비 프로세스는 kill 명령으로 종료할 수 없으므로, 부모 프로세스를 종료하거나 SIGCHILD 시그널을 보내서 정리하도록 해야 한다.
SIGCHILD 시그널을 보내면 이 프로세스는 고아 프로세스로 전환되고, 1번 프로세스가 부모 프로세스가 되어 일정 시간 단위로 조회를 통해 제거된다.

3. 프로세스 목록 확인

리눅스에서 실행 중인 프로세스 목록은 ps 명령어로 확인할 수 있다.

ps [옵션]

1) 유닉스 옵션

-e: 모든 프로세스 정보를 출력한다.
-f: 프로세스에 대한 자세한 정보를 출력한다.
-u uid: 특정 유저가 실행한 프로세스를 출력한다.
-p pid: 특정 프로세스 ID에 해당하는 프로세스 정보를 출력한다.

2) BSD 옵션

a: 터미널에서 실행한 모든 프로세스 정보를 출력한다.
u: 프로세스를 자세히 출력한다.
x: 시스템에서 실행한 모든 프로세스를 출력한다.

PPID는 Parents Process ID를 의미하며, ps -f 명령어를 bash 쉘에서 입력했을 때 PPID가 13169로 표시된다.

S는 대기 중
R은 실행 중
Z는 좀비

3) 특정 프로세스 검색

특정 프로세스를 검색하고자 할 때는 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

ps -ef | grep 프로세스이름

상황에 따라 -e나 -u 옵션을 적절히 사용해야 하며, 내용이 많을 때는 파이프(|)와 grep 검색을 활용하면 유용하다.

4. 프로세스 관리

1) 특정 프로세스 검색

기본 형식: pgrep [옵션] [패턴]
옵션
- x: 패턴과 일치하는 프로세스의 정보를 출력
- n: 패턴을 포함하고 있는 가장 최근 프로세스의 정보를 출력
- u 사용자 이름: 특정 사용자가 수행 중인 모든 프로세스를 출력
- l: PID와 프로세스 이름 출력
- t 터미널: 특정 단말기와 연결된 프로세스를 검색
설명: 특정 프로세스를 조회할 때 ps와 grep을 조합해 사용했지만, pgrep은 이 두 개를 합쳐놓은 명령어이다.

2) 프로세스 종료

시그널
- 프로세스에 무언가 발생했음을 알려주는 간단한 메시지
- 현재 버전의 리눅스에서 사용 가능한 시그널은 kill -l로 확인 가능
- 주요 시그널:
  - SIGHUP (1): 터미널과 연결이 끊겼을 때 발생, 프로세스 종료
  - SIGINT (2): 인터럽트(CTRL+C) 발생
    - 현재 수행 중인 작업보다 우선순위가 높은 경우에만 중지
  - SIGQUIT (3): 종료 신호, 사용자가 CTRL+\를 입력하면 발생
  - SIGKILL (9): 프로세스를 강제로 종료시키는 시그널, 이 시그널을 받은 프로세스는 무시할 수 없다.
  - SIGALRM (14): 알람에 의해서 발생
  - SIGTERM (15): kill 명령이 보내는 기본 시그널
kill
- 프로세스 종료 명령
- 형식: kill [-시그널] PID
pkill
- 프로세스 이름으로 종료
killall
- 프로세스 이름으로 종료

3.)top

프로세스 정보를 주기적으로 출력하여 현재 실행 중인 프로세스의 상태를 모니터링할 수 있다.

4) 작업 제어

포그라운드 작업
- 사용자가 명령을 입력하면 쉘이 그 명령을 해석해 커널에 전달하여 실행.
- 특징: 명령이 수행되는 동안 프롬프트가 나타나지 않기 때문에 다른 명령을 입력할 수 없다.
- 예시: sleep 100 명령을 실행하면 100초 후에 프롬프트가 돌아온다.
백그라운드 작업
- 다른 프로세스를 실행하는 동안 뒤에서 실행되는 작업.
- 실행 방법: 작업 뒤에 &를 추가하여 실행.
- 예시: sleep 100 &를 실행하면 프롬프트가 즉시 돌아온다. pgrep 명령어로 실행 중인 프로세스를 확인 가능
jobs
- 모든 백그라운드 작업을 조회하는 명령.
- 형식: jobs [%작업번호]
- 출력 예시: [1]+ 실행 중 sleep 100 &
작업 전환
- Ctrl + z: 포그라운드 작업 중지
- bg %작업번호: 작업 번호가 지시하는 작업을 백그라운드로 전환
- fg %작업번호: 백그라운드 작업을 포그라운드로 전환
계속 실행
- 일반적인 작업은 로그아웃 시 종료.
- 로그아웃 후에도 계속 작업을 수행하려면 nohup 명령 &로 실행하면 된다.

100초 동안 현재 스레드를 중지시키는 프로세스를 백그라운드로 실행하고 실행 중인지 확인

5) cronjob (작업 예약)

작업 예약 방법
- 운영체제에서 제공하는 기능 사용
- 프로그래밍 언어로 프로그램 작성
- 응용 프로그램의 기능 이용
- 쿠버네티스의 크론잡 기능 활용
정해진 시간에 한번만 실행
- at 명령으로 설정.
- 형식:
- at [옵션] [시각] 작업 내용
- 옵션
  - l: 현재 실행 대기 중인 명령 목록 출력
  - r 작업번호: 작업번호에 해당하는 작업 삭제
  - m: 작업 완료 시 사용자에게 메일로 알림
  - f 파일경로: 작업 내용을 파일에서 수행
시간 설정 방법
- at 시간: 지정한 시간에 동작
  - 예시: at 16:00 pm, at 1 am tomorrow, at 1 am jul 31, at 4 pm + 3days
작업 확인 명령
- ```
ls -l /var/spool/cron/atjobs
```
실습 예시
- at 명령으로 설치 확인 및 작업 예약:
- at 10:50 am at> ls -l > a.out # ctrl+D로 예약 완료

11시 이후에 작업이 정상적으로 실행되었는지 확인

6) crontab: 주기를 가지고 작업을 계속 수행

형식: crontab [-u 사용자계정] [옵션] [파일 경로]

옵션:

-e: 사용자의 crontab 파일을 편집
-l: crontab 파일의 목록을 출력
-r: crontab 파일을 삭제

crontab 명령으로 관리하는 파일은 사용자별로 생성되며, 이 파일에 반복 실행할 작업을 저장한다. 여러 개의 명령을 하나의 파일에 기록할 수 있는데, 이 경우 각 명령은 별도의 행에 작성해야 한다.

작성 방법

분 (00:59) 시간 (00-23) 일 (1-31) 월 (1-12) 요일 (0-6) 작업내용
요일은 0이 일요일, 6은 토요일을 의미한다.
앞의 5개 항목에서 *가 있으면 해당 항목의 모든 값을 의미한다.
- 30 23 1 * * 작업: 매월 1일 23시 30분에 작업을 수행
- 10 * 1 * * 작업: 매월 1일 매시간 30분에 작업을 수행
하이픈 연산자를 사용하면 범위를 설정할 수 있다.
- 요일을 설정할 때 1-5로 설정하면 월요일부터 금요일까지 포함된다.
,를 이용해서 여러 개의 값을 지정하는 것이 가능하다.
- 예: 1,3,5
/를 이용해서 단계 값을 설정하는 것도 가능하다.
- 예: 1-10/2: 1, 3, 5, 7, 9
- 예: */20: 매 20분마다

crontab -e
30 * * * * /usr/bin/ls -F > secondcron.out # ctrl+z, y, enter
crontab -l  
# 예약된 작업이 수행되기 전까지는 secondcron.out 파일이 보이지 않음.

7) systemd service

개요
- systemd는 리눅스의 시스템과 서비스 관리를 위한 도구로, 유닉스의 init을 대체.
- 서비스 데몬 시작, 프로세스 상태 유지 및 시스템 상태 관리 기능 제공.
unit
- 서비스 종류를 구분하기 위한 개념.
- 관리 대상의 이름을 서비스명.유닛종류 형태로 관리.
- 주요 종류:
  - service: 시스템 서비스 유닛
  - target: 유닛 그룹화
  - socket: 소켓 관리
systemctl
- 형식: systemctl [옵션] [명령] [유닛명]
  - 유닛 이름은 이름.service이나 .service 생략 가능.
- 명령 예시:
- systemctl start cron systemctl status ssh

# 서비스가 있는지 확인해보고 싶을 때
systemctl status ssh
systemctl -t service | grep ssh
systemctl start cron

# 서비스가 실행 중인지 확인
systemctl is-active cron

8) cgroup

자원 사용을 프로세스 그룹 단위로 제어할 수 있는 리눅스 커널 기능.
CPU, Memory, Network, I/O 등을 포함하며, 컨테이너의 핵심 기술로 사용됨.
사용 방법: cgroup 가상 파일 시스템을 수동으로 마운트하거나, libcgroup과 같은 도구를 사용하여 생성 및 관리 가능.