Ubuntu サーバー 16.04 x64における

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の完全解説

本記事では、Ubuntu サーバー 16.04 (x64) 環境下で表示される

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目次

• アップタイム (Uptime)
• 負荷平均 (Load Average)
• プロセス一覧のプロセス表示
• PID と /proc の活用
• プロセスツリーと所有者
• プロセス状態 (State) の詳細
• プロセス実行時間
• 優先度と niceness
• メモリ使用量 (VIRT/RES/SHR/MEM%)
• 起動時プロセスの削減案
• 補遺・ソースコード確認

アップタイム (Uptime)

システムが稼働している時間の総称です。コマンド

uptime

$ uptime
 12:17:58 up 111 days, 31 min,  1 user,  load average: 0.00, 0.01, 0.05

仕組みの裏側

• uptime

  コマンドは

  /proc/uptime

  ファイルを読み込んで値を計算します。
• このファイルには以下の情報が含まれています：
  1. 稼働総時間（秒）: システム起動からの経過時間。
  2. アイドル時間（秒）: その間マシンが処理待ちだった時間。
• マルチコア注意: アイドル時間が全体のアップタイムより大きい場合もあります（すべてのコアの合計アイドル時間のため）。

確認方法 (

strace

)

システムコールをトレースして、ファイル読み込み動作を確認できます。

$ strace uptime 2>&1 | grep open
...
open("/proc/uptime", O_RDONLY)          = 3
open("/var/run/utmp", O_RDONLY|O_CLOEXEC) = 4
open("/proc/loadavg", O_RDONLY)         = 4

負荷平均 (Load Average)

システムが「どのくらい忙しそうか」を表す指標です。

uptime

0.00, 0.01, 0.05

データ的来源

• ファイル

  /proc/loadavg

  に格納されています。
• カラムの意味：
  1. 1 分間負荷平均
  2. 5 分間負荷平均
  3. 15 分間負荷平均
  4. 現在実行・待機中のプロセス数 / 全プロセス数 (例：

     1/120

     )
  5. 最後に使用された PID

なぜ負荷平均なのか？（重要）

負荷数は 「中断不可状態のプロセス数」+「実行・待機中のプロセス数」 で計算されます。これは単純な CPU 使用率ではありません。

• CPU コア数との関係:
  • 2 コアシステムで

    Load Average: 1.0

    は、平均して 1 コアが処理済み（50% 使用）であることを意味します。

  • Load Average: 2.0

    はすべてのコアが忙しく（100% 使用）、キュー待ちが発生している可能性があります。
• 指数減衰移動平均: 厳密には起動以降の負荷を時間重み付けして計算しています。

CPU 使用率を推測するには？

Load Average だけでは不十分な場合があります。より正確な情報は

mpstat

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$ sudo apt install sysstat -y
$ mpstat 1

プロセス一覧の表示

タスク (Tasks) とスレッド

• htop

  ではプロセス数を 「Tasks」（タスク）と呼びます（Linux カーネルも「タスク」と呼ぶため）。
• スレッド表示: キー

  [Shift+H]

  で切り替え。例：

  Tasks: 23, 10 thr

  （プロセス 23、スレッド 10）。
• カーネルスレッド表示: キー

  [Shift+K]

  で表示可能。

PID (Process ID)

• プロセスを一意に識別する番号です。
• バックグラウンド実行時 (

  &

  ) は PID を確認できます。

  $ sleep 1000 &
  [1] 12503
  

• $!

  変数: 最後に起動したバックグラウンドプロセスの PID を取得。

/proc/<PID>/

の活用

プロセスの詳細情報は、疑似ファイルシステム

/proc/<PID>/

$ ls /proc/12503
attr    cmdline    cwd     environ  exe   fd      map_files  ...

• 起動コマンドの確認:

  $ cat /proc/12503/cmdline
  sleep1000
  # \0 で区切られているため、od や tr で可読化
  $ od -c /proc/12503/cmdline
  s l e e p \0 1 0 0 0
  

プロセスツリーと所有者

プロセスツリーの確認

親プロセスから子プロセスへの階層構造を確認できます。

• htop

  : キー

  [F5]

  で階層表示を切り替え。
• コマンドライン:

  ps f

  や

  pstree -a

  を使用。

$ pstree -a
init
  ├─atd
  ├─cron
  └─sshd
      └─bash
          └─pstree -a

プロセス所有者 (User)

プロセスはユーザーによって所有されます。

/etc/passwd

/etc/group

$ grep Uid /proc/<PID>/status
Uid:    1000(ubuntu)    1000

$ id 1000
uid=1000(ubuntu) gid=1000(ubuntu) groups=...

パスワードについて:

• パスワードは

  /etc/shadow

  に格納されています（暗号化されたハッシュ値）。

• sudo

  権限が必要な場合、

  visudo

  を使用して

  /etc/sudoers

  を編集してください。

プロセス状態 (State) の詳細

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STAT

CTRL+C

SIGKILL

CTRL+Z

状態変化への対応例

• 中断可能 (S):

  kill -INT <PID>

  またはキーボードで

  [F9]

  シグナル選択で停止可能。
• 中断不可能 (D): IO 待ちなどのため、強制的な強制終了 (

  SIGKILL

  ) は有効ではありません。
• ゾンビ (Z): 親プロセスが子プロセスの状態を受け取る（

  wait

  ）まで消えません。

プロセス実行時間と優先度

実行時間 (Time)

マルチコア CPU でも、CPU は瞬間的に片方しか処理できません。タイムスライスという時間共有機構により、複数のプロセスを高速に切り替えて並列に実行しているように見えます。

優先度 (Priority) と Niceness

スケジューラは以下の情報に基づいてタスクの順序を決めます。

• Niceness (NI): ユーザーが設定できる値（-20 から 19）。「Nice なプロセス」ほど CPU リソースを譲ります。

  • renice

    コマンドで実行中のプロセスの Nice 値を変更可能。
• Priority (PRI): カーネル空間での優先度。NICeness との関係は PR = 20 + NI。

メモリ使用量 (VIRT / RES / SHR / MEM%)

メモリ使用量は以下の意味を持ちます：

注意: コアディumps (メモリコピー) を作成した際などは VIRT と RES が乖離します。

起動時プロセスの削減案

Ubuntu サーバー起動時に自動的に始まる不要なプロセスを特定し、削除するための手順を示します。

Before: システム起動時の主要プロセス

• /sbin/init

  (systemd)

• systemd-journald

  (ログ管理)

• lvmetad

  (LVM メタデータキャッシュ)

• udevd

  (デバイス管理)

• timesyncd

  (NTP 同期)

• atd

  ,

  cron

  ,

  rsyslogd

  ,

  acpid

  など。

After: 極端な削減案 (Extreme Edition)

サーバー用途であれば、以下のサービスを削除または無効化することでリソースを軽量化できます。

sudo apt remove lvm2 at snapd mdadm open-iscsi accountsservice policykit-1 acpid -y --purge
sudo apt remove snapd dbus rsyslog -y --purge

# cron を停止・無効化
sudo systemctl stop cron && sudo systemctl disable cron

# getty (ログインプロンプト) を削減
sudo rm /etc/systemd/system/getty.target.wants/getty@tty1.service

注意:

snapd

,

dbus

などは特定の依存パッケージ（例：

systemd-timesyncd

）やアプリケーションに影響を与える可能性があります。削除前に必要か確認してください。

補遺・ソースコード確認

ソースコードの確認

コマンドの仕組みを理解するには、パッケージ情報とソースコードを見ます。

$ dpkg -S /usr/bin/uptime
procps: /usr/bin/uptime

# Ubuntu パッケージリポジトリからソースを確認
http://packages.ubuntu.com/source/xenial/procps

ファイル記述子とリダイレクトの復習

• >

  : 標準出力 (

  stdout

  ) をリダイレクト。

• 2>&1

  : 標準エラー (

  stderr

  , ID 2) を標準出力 (ID 1) と同じ場所へ書き出す。

PuTTY での色表示修正

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1. タイトルバーで右クリック

   [Change settings...]

2. Window

   ->

   Colours

3. Both

   を選択して Apply

C 言語による簡易シェルの実装 (

fork

,

exec

,

wait

)

以下のコードは、基本コマンド処理とプロセス制御の仕組みを実験的に示します。

// shell.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/wait.h>

int main() {
  char line[1024];
  while (1) {
    printf("> ");
    fgets(line, sizeof(line), stdin);
    if (strcmp(line, "exit") == 0) break;

    int pid = fork();
    if (pid == 0) {
      // 子プロセス：コマンド実行
      if (execlp("ls", "ls", "-l", NULL) == -1) {
        perror("execlp");
        exit(1);
      }
    } else if (pid > 0) {
      // 親プロセス：子プロセスの終了を待つ
      int status;
      waitpid(pid, &status, 0);
      printf("Child exited with %d\n", WEXITSTATUS(status));
    }
  }
  return 0;
}

TODO (今後の学習目標)

• ps

  のサブステータス解析 (Ss+, R+ 等)
• カーネルスレッドの詳細な管理方法

• /dev/pts

  (擬似端末) の仕組み
• メモリ領域の詳細 (CODE, DATA, STACK, SWAP)
• タイムスライスの長さの確認方法
• Linux スケジューラーアルゴリズムの深掘り

• man

  ページの書き方
• CPU/メモリのバーチャル化について

結び言及と T シャツ提案

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「何かを学ぶ最良の方法は、それを教えることに挑戦することだ。」