Process 與 CPU 基礎指南

1. CPU Time：`user` / `system` / `real`

用 time some_command 執行會看到三個數字：

real    0m2.140s
user    0m1.820s
sys     0m0.300s

real：牆上時鐘時間，從開始到結束實際經過多久（包含等待 I/O、被其他 process 搶走 CPU 的時間）
user：CPU 在「使用者模式」執行你程式碼的時間（純運算）
sys：CPU 在「核心模式」執行的時間（因為你的程式呼叫了系統呼叫，例如讀寫檔案、網路 I/O，核心代替你做事）

怎麼解讀：

user + sys 遠小於 real → 你的程式大部分時間在等（等 I/O、等網路、等 lock），不是 CPU bound
user + sys 接近 real（單核心情況下）→ CPU bound，程式一直在算
多核心程式：user + sys 可能大於 real（因為多個核心平行跑，時間加總起來會超過牆上時間）— 這是正常的，不是 bug

2. Process 生命週期：fork / exec

Linux 建立新 process 幾乎都是這個套路：

fork()  → 複製目前的 process（子 process 是父 process 的完整拷貝，包含記憶體）
exec()  → 子 process 用新的程式碼「替換」自己（不是再開一個 process）

例如在 shell 打 ls：shell fork 出一個子 process，子 process 再 exec 成 ls 這個程式。這也是為什麼 fork() 之後常常馬上接 exec() — 先複製一份執行環境，再換上真正要跑的程式。

Zombie process：子 process 執行完畢，但父 process 還沒呼叫 wait() 去「收屍」讀取結束狀態，這個子 process 就變成 zombie（ps 裡狀態顯示 Z）。zombie 不佔用記憶體或 CPU，但佔一個 PID，殺不掉（因為它已經死了），只能等父 process 收屍或父 process 自己死掉讓 zombie 被 init/systemd 收養並清掉。

Orphan process：父 process 先死掉，子 process 還活著 → 子 process 被 PID 1（init/systemd）收養。

3. 訊號 (Signals)

SIGTERM (15)：預設的 kill 訊號，禮貌地要求 process 結束——process 可以攔截這個訊號，做清理（存檔、關連線）再退出
SIGKILL (9)：kill -9，作業系統直接強制終止，process 完全來不及做任何清理
SIGHUP (1)：原本代表「終端機斷線」，現在常被拿來當作「請重新讀取設定檔」的訊號（很多 daemon 這樣用，例如 nginx）

為什麼 kill -9 有時候會有問題： 如果程式正在寫檔案、持有 lock、或子 process 還沒收拾乾淨，SIGKILL 直接讓它斷氣，這些狀態都來不及清——這就是為什麼資料庫類程式特別怕被 -9。正確做法是先 SIGTERM 給程式機會善終，等幾秒還沒死再 -9（systemd、docker stop 都是這個邏輯）。

4. 常用診斷工具

工具	用途
`top` / `htop`	即時看 CPU、記憶體使用率，htop 互動性更好
`ps aux`	列出所有 process 的快照（PID、CPU%、MEM%、狀態）
`ps -eLf`	連 thread 也列出來
`strace -p <pid>`	追蹤某個 process 正在呼叫哪些系統呼叫（診斷「卡住在哪」很有用）
`lsof -p <pid>`	看某個 process 開了哪些檔案 / socket
`/proc/<pid>/status`	直接讀 kernel 暴露的 process 資訊（狀態、記憶體、thread 數）

/proc/<pid>/ 底下值得知道的幾個檔案：

status — 人類可讀的摘要（State、VmRSS 記憶體用量等）
cmdline — 啟動時的完整指令
fd/ — 這個 process 開了哪些檔案描述符（symlink 指向實際檔案）
cwd — 目前工作目錄

5. Scheduler 概念（CFS）

Linux 預設用 CFS (Completely Fair Scheduler)：不是固定時間片輪流跑，而是追蹤每個 process「應得的 CPU 時間比例」，誰欠得最多就先排誰上去跑，讓所有 process 長期下來拿到公平的 CPU 份額。

nice 值：範圍 -20（最高優先權）到 19（最低），一般使用者只能調高自己 process 的 nice 值（讓自己讓道），要調低（搶更多 CPU）需要 root
指令：nice -n 10 some_command（啟動時設定）、renice -n 5 -p <pid>（動態調整已在跑的 process）