Linux进阶系列（二）——lscpu、htop、seq、shuf、sort
1. lscpu
lscpu 命令是Linux系统中用来显示关于CPU架构的信息的工具。它详细展示了CPU的相关信息，包括型号、核心数、架构类型、缓存大小等等。
1.1 物理CPU与逻辑CPU
物理CPU指的是实际存在于硬件系统上的中央处理单元。每个物理CPU都是一个独立的处理器芯片或处理器核心。在多核心处理器中，一个物理CPU可以包含多个核心，每个核心能够独立执行指令。例如，一个四核处理器有四个物理CPU核心，每个都能独立执行任务。
逻辑CPU，又称为虚拟CPU或线程，是超线程技术（Intel的Hyper-Threading技术）的产物。超线程允许每个物理CPU核心模拟两个或更多的逻辑CPU。这样，操作系统会认为有更多的CPU可用于任务，从而可以更有效地管理和调度进程和线程。例如，一个有四个物理核心的处理器，如果启用了超线程，可能会显示为有八个逻辑CPU。
一言以蔽之，物理CPU是能看得见摸得着的，但逻辑CPU是虚拟的。
执行 lscpu 后重点关注以下四行：
CPU(s): 48
Thread(s) per core: 2
Core(s) per socket: 12
Socket(s): 2
其中 Socket(s) 是指物理CPU的数量，因为系统中有两个CPU插槽，每个插槽装有一个物理CPU。Core(s) per socket 表示每个物理CPU中的核心数。Thread(s) per core 是每个核心能够启动的超线程数量。CPU(s) 则是逻辑CPU的个数。不难发现有以下公式成立：
CPU(s) = Thread(s) per core × Core(s) per socket × Socket(s) \text{CPU(s)}=\text{Thread(s) per core}\times \text{Core(s) per socket}\times \text{Socket(s)} CPU(s)=Thread(s) per core×Core(s) per socket×Socket(s)
我们也可以简单执行 nproc 命令来查看逻辑CPU的个数。
2. top与htop
2.1 top
ps（process status）命令和 top（table of processes）命令都用于显示运行在Unix/Linux操作系统上的进程信息。不同之处在于，ps 显示一次性的进程信息，它捕捉的是命令执行时刻的快照，而 top 则显示持续更新的进程信息，它会不断刷新显示，提供实时的系统状态。
ps -ef 和 ps aux 都可用于显示所有进程的详细信息。两者的主要区别在于，ps -ef 是Standard（System V）风格的命令，这种风格的命令通常使用连字符 - 作为选项的前缀，并支持更多的选项和组合。而 ps aux 则是BSD风格的命令，通常不需要连字符 - 作为选项的前缀。
如果需要实时更新 ps 的输出，可采用 watch ps -ef 这样的语法。
回到正题，接下来讲解 top 命令的使用。
使用 top 的方法很简单，只需要在终端输入 top，然后按下回车即可，你大概会看到如下的界面：
top - 14:28:18 up 102 days, 21:16, 0 users, load average: 5.78, 6.98, 7.36
Tasks: 10 total, 1 running, 9 sleeping, 0 stopped, 0 zombie
%Cpu(s): 19.0 us, 0.3 sy, 0.0 ni, 80.6 id, 0.0 wa, 0.0 hi, 0.1 si, 0.0 st
MiB Mem : 450847.3 total, 9293.5 free, 27216.4 used, 414337.4 buff/cache
MiB Swap: 0.0 total, 0.0 free, 0.0 used. 419325.4 avail Mem
PID USER PR NI VIRT RES SHR S %CPU %MEM TIME+ COMMAND
1 root 20 0 14752 2760 2460 S 0.0 0.0 0:00.03 bash
696 root 20 0 717716 19512 4 S 0.0 0.0 2:59.17 supervisord
711 root 20 0 12172 4656 3812 S 0.0 0.0 0:00.01 sshd
712 root 20 0 439968 78508 21492 S 0.0 0.0 0:04.00 tensorboard
713 root 20 0 354340 88600 14040 S 0.0 0.0 0:06.48 jupyter-lab
714 root 20 0 2691952 209820 39464 S 0.0 0.0 0:13.32 autopanel
716 root 20 0 728180 14316 9648 S 0.0 0.0 0:02.19 proxy
752 root 20 0 351580 6512 4884 S 0.0 0.0 0:00.37 server
856 root 20 0 15216 4408 3768 S 0.0 0.0 0:00.21 bash
2481 root 20 0 17124 3856 3316 R 0.0 0.0 0:00.00 top
top 命令的输出信息主要包括了五大方面：
- 系统概况（第1行）
- 任务概况（第2行）
- CPU使用概况（第3行）
- 内存使用概况（第4、5行）
- 进程列表
2.1.1 系统概况
14:28:18：当前系统时间up 102 days, 21:16：系统已连续运行了102天21小时16分钟0 users：当前登录系统的用户数为0load average: 5.78, 6.98, 7.36：分别表示过去1分钟、5分钟和15分钟的平均负载。负载平均值是活跃进程的数量，这些值超过了CPU核心数时，表明系统可能过载
2.1.2 任务概况
10 total：当前总共有10个进程1 running：1个进程正在运行9 sleeping：9个进程处于休眠状态0 stopped：没有进程被停止0 zombie：没有僵尸进程
2.1.3 CPU使用概况
19.0 us：即User Space，用户空间占用了19.0%的CPU0.3 sy：即System Space，内核空间占用了0.3%的CPU0.0 ni：即Nice，改变优先级的进程占用了0.0%的CPU80.6 id：即Idle，80.6%的CPU时间处于空闲0.0 wa：即I/O Wait，等待I/O的CPU时间占0.0%0.0 hi：即Hardware IRQ，硬件中断占用了0.0%的CPU0.1 si：即Software IRQ，软件中断占用了0.1%的CPU0.0 st：即Steal Time，虚拟机偷取的时间占0.0%
2.1.4 内存使用概况
MiB Mem : 关于物理内存的使用情况（单位为MiB）
450847.3 total：总共有约450847.3 MiB的物理内存9293.5 free：空闲内存为9293.5 MiB27216.4 used：已使用27216.4 MiB内存414337.4 buff/cache：用作缓冲和缓存的内存约为414337.4 MiB
以上四条信息分别对应于执行了 free -h 后的四列：total、free、used、buff/cache。
MiB Swap: 关于交换空间的使用情况（单位为MiB）
0.0 total：没有配置交换空间或者交换空间未启用0.0 free：空闲的交换空间为0.0 MiB0.0 used：已使用的交换空间为0.0 MiB419325.4 avail Mem：估计可用于启动新应用程序的内存约为419325.4 MiB
2.1.5 进程列表
这部分显示了各个进程的详细信息：
PID：Process ID，进程的ID，具有唯一性USER：运行该进程的用户的用户名PR：Priority，进程的调度优先级。数字越小，优先级越高NI：Nice value， 一个影响进程调度优先级的值。正值表示较低的优先级，负值表示较高的优先级VIRT：Virtual，进程使用的虚拟内存总量，包括所有代码、数据和共享库，以及交换空间RES：Resident size，进程使用的、未被换出的物理内存大小SHR：Shared Memory，进程使用的共享内存大小S：Status，进程的状态。常见的状态有：R (running), S (sleeping), D (uninterruptible sleep), Z (zombie), T (stopped or traced)%CPU：进程使用的CPU时间百分比%MEM：进程使用的物理内存百分比TIME+：进程自启动以来占用的总CPU时间COMMAND：启动进程的命令
top 命令支持多种选项，如下列举了一些常见的选项：
-d <秒数>：设置屏幕刷新间隔。默认是3秒（可通过左上角看出），但你可以设置成任何你想要的值。-p <进程ID>：只监控特定的进程。-u <用户名>：只显示特定用户的进程。-n <次数>：更新的次数。如果不指定则默认为无限次更新（即持续监控），如果指定了，则更新了相应的次数之后会自动退出。-c：显示完整的命令行。
最常使用的是 top -c。
2.2 htop
类似地，在使用 htop 时，只需要在终端输入 htop，然后按下回车即可，你大概会看到如下的界面：
其中上方显示了所有逻辑CPU的负载情况，下方的进程列表和 top 命令的返回结果几乎相同。
htop 支持鼠标操作。
3. seq
seq 命令有点类似于Python的 range 函数，其使用语法如下：
seq start step stop
seq start stop
seq stop
不同于 range，这里是左闭右闭的。省略 step 时，step 默认为1。省略 start 时，start 也默认为1
seq 1 2 11
# 1
# 3
# 5
# 7
# 9
# 11
seq 3 7
# 3
# 4
# 5
# 6
# 7
seq 5
# 1
# 2
# 3
# 4
# 5
seq 命令也有一些选项可以使用。
-w 会使输出的所有数字具有相同的宽度，不足的部分会用前导零填充
seq -w 5 10
# 05
# 06
# 07
# 08
# 09
# 10
使用 -s 可以自定义数字之间的分隔符，默认是换行符
seq -s " " 5
# 1 2 3 4 5
seq -s ',' 5
# 1,2,3,4,5
还可以通过指定 -f 来达到 printf 样式的输出
seq -f "Number: %g" 1 3
# Number: 1
# Number: 2
# Number: 3
4. shuf
顾名思义，shuf 命令用于将给定的输入打乱并输出打乱后的结果，shuf 命令接受以下三种类型的输入：
- 文件：
shuf filename会打乱该文件的所有行。 - 标准输入：例如
echo -e "line1\nline2\nline3" | shuf。 - 数字范围：通过
-i选项来指定，左闭右闭，例如shuf -i 1-10。
shuf 会将打乱后的结果输出到标准输出，如下是一些示例：
shuf -i 1-10
# 9
# 3
# 1
# 6
# 4
# 10
# 2
# 5
# 8
# 7
echo -e "a\nb\nc\nd" | shuf
# d
# a
# c
# b
shuf 1.txt # 文件内容为："1\n2\n3\n4"
# 4
# 1
# 3
# 2
如果不想输出完整的打乱结果而是仅仅输出其中的 n n n 行（即从输入中随机抽取 n n n 行），则可以指定 -n 选项：
shuf -i 1-10 -n 3
# 3
# 9
# 6
如果要想从一个文件中随机抽取 10 10 10 行并将结果保存到新的文件中，可执行：
shuf -n 10 old_filename > new_filename
当加了 -r 选项时，shuf 则会进行重复随机抽样，即输出的结果中可能会出现重复的元素：
shuf -r -i 1-10 -n 3
# 6
# 2
# 2
⚠️ 使用
-r时必须要加上-n来限制次数，不然会进入无限循环
还可以通过指定 -e 选项来将输入参数视为行：
shuf -e a b c d -n 3
# b
# d
# c
4.1 shuf的工作原理
当使用 shuf 命令时，如果不指定 -n 选项，则 shuf 会将输入完整地读入到内存中然后进行打乱，所采用的算法是 Fisher-Yates洗牌（Knuth洗牌）算法。
当指定了 -n 选项时，shuf 并不会将输入全部读入到内存中，而是采用蓄水池抽样（Reservoir Sampling）算法进行采样。
5. sort
顾名思义，sort 命令用于将给定的输入进行排序，sort 命令接受以下两种类型的输入：
- 文件：
sort filename会对纯文本文件中的所有行按照字典序进行升序排序。 - 标准输入：例如
echo -e "line1\nline2\nline3" | sort。
sort 会排序后的结果输出到标准输出，如下是一些示例：
echo -e "2\n11\n111" | sort
# 11
# 111
# 2
sort 1.txt # 文件内容为："4\n3\n2\n1"
# 1
# 2
# 3
# 4
可以通过添加 -r 选项来进行降序排序：
echo -e '1\n3\n2\n4' | sort -r
# 4
# 3
# 2
# 1
通过指定 -m 可以将多个已排序的文件合并成一个排序后的文件：
sort -m 1.txt 2.txt 3.txt
sort 在排序时是会区分字母的大小写的，可以通过添加 -f 来忽略大小写。
sort -R 的作用和 shuf 类似，但是效率会低于 shuf。