CN103365758B - 一种虚拟化环境下的进程监控方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种虚拟化环境下的进程监控方法及系统，具体方法包括：获取待监控进程的进程描述符；在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；如果有，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。通过这种监控方法能够对处于任意一个命名空间的进程进行监控，不需要对待监控进程本身做任何改动，并且能够保证及时准确的反馈告警信息。
Description
技术领域
本发明涉及计算机应用技术领域，特别是涉及一种虚拟化环境下的进程监控方法及系统。
背景技术
随着虚拟化技术的发展与成熟，越来越多的企业选择在服务器上引入虚拟化技术从而达到最大化利用服务器硬件资源，减少硬件采购成本，降低能耗的目的。容器虚拟化作为一种轻量级的虚拟化技术，具有部署简洁，虚拟化开销低的特点，因而被越来越多的应用于服务器虚拟化。通过在服务器上引入容器虚拟化技术，我们可以实现在一台物理机上部署多个容器来跑一个应用的多个实例，亦可在不同的容器内进行多种不同的应用而保证他们彼此互不影响。因此，对服务器的运维也提出了更高的要求，当某一容器内的进程异常退出时，采用传统的检测方法，需要对被监控进程做适应性修改，使得被监控进程周期性地向监控系统主动上报心跳信息，或者是监控系统通过周期性地查询待监控进程的信息查询/proc文件系统下是否存在对应的进程ID的目录，这两种监控方法都需要将待监控进程和监控系统绑定在一起，需要对待监控进程做改动，同时，这两种方式都无法及时准确的监控到进程异常退出，因此也就无法及时准确地发出相应的告警信息；也就无法采取相应的措施来进行相应的异常恢复处理，无法保证产品和系统的高可靠性和自恢复性。
另外，目前常用的检测方法，只是适用于没有引入命名空间的Linux操作系统，对于在Linux操作系统中引入命名空间后，监控进程与被监控进程可能运行于不同的命名空间下，监控进程所需处理的场景更加复杂，传统的进程监控方法并未涉及这种情景下的处理，无法完成跨命名空间的进程监控。
基于存在的技术问题，现在迫切需要提供一种新的监控采集系统以支持进程运行于不同命名空间场景下的进程监控。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种虚拟化环境下的进程监控方法及系统，以支持进程运行于不同命名空间场景下的进程监控，提高监控结果反馈速率和和系统稳定性。
本申请实施例公开了如下技术方案：
一种虚拟化环境下的进程监控方法，包括：
获取待监控进程的进程描述符；
在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
如果有，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。
优选的，所述获取待监控进程的进程描述符，包括：
提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
通过所述容器名称查询该容器启动进程的子进程在宿主机端PID命名空间下的PID；
通过所述宿主机端命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得与待监控进程对应的进程描述符。
优选的，包括：
预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，所述HOOK函数检查待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号。
优选的，所述获取待监控进程的进程描述符，包括：
提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
根据所述容器名称获取虚拟机启动进程lxc-start的直接子进程/sbin/init在宿主机端PID命名空间下的PID；
通过所述宿主机端PID命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，获得与待监控进程对应的进程描述符。
本发明还提供了一种虚拟化环境下的进程监控系统，包括：
获取单元，用于获取待监控进程的进程描述符；
检测单元，用于在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
反馈单元，用于当所述检测模块的检测结果为是时，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。
优选的，所述获取单元，包括：
第一提取模块，用于提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
第一查询模块，用于通过所述容器名称查询该容器启动进程的子进程在宿主机端PID命名空间下的PID；
第二查询模块，用于通过所述宿主机端命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
第一查找模块，用于在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得与待监控进程对应的进程描述符。
优选的，所述检测单元，包括：
添加模块，用于预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
第一判断模块，用于在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，所述HOOK函数先检查信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号。
优选的，所述获取单元，包括：
第二提取模块，用于提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
第三查询模块，用于根据所述容器名称获取虚拟机启动进程lxc-start的直接子进程/sbin/init在宿主机端PID命名空间下的PID；
第四查询模块，用于通过所述宿主机端PID命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
第二查找模块，用于在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，获得与待监控进程对应的进程描述符。
由上述实施例可以看出，本发明提供的一种虚拟化环境下的进程监控方法及系统，具体方法包括：获取待监控进程的进程描述符；在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；如果有，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。通过跟踪待监控进程的运行状态，捕获其收到信号来完成监控，由此实现进程监控系统与被监控进程分离，无需修改待监控进程的程序，可监控任意一个进程。同时，基于Linux操作系统异常处理及信号机制来捕获进程的异常退出，能够及时准确的发出相应的告警信息，避免误判。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例一揭示的一种虚拟化环境下的进程监控方法的流程图；
图2为本申请揭示的一种获取待监控进程的进程描述符的方法流程图；
图3为本申请实施例二揭示的一种虚拟化环境下的进程监控系统的结构图；
图4为本申请实施例三揭示的一种虚拟化环境下的进程监控方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
需要说明的是：本发明使用的Linux系统或者和Linux系统采用类似工作原理的其他系统，在Linux系统中Cgroup（英文：ControlGroup）是Linux内核提供的一种用以实现资源管控的虚拟文件系统。多个Cgroup可以以层级的方式组织起来，通过将进程与Cgroup关联起来，可限定进程可使用的CPU，内存，网络，磁盘I/O等资源。
Namespace--命名空间是Linux内核提供的一种用以划分操作系统全局资源的隔离方式。目前支持的命名空间包括UTS命名空间，Mount命名空间，网络命名空间，PID命名空间，IPC命名空间。
Container--容器是一种操作系统层级的虚拟化技术，其实现主要依赖于内核cgroup与Namespace特性；借助容器虚拟化技术可实现让运行在容器内的进程就像在独立的机器上运行一样，从CPU及内存的使用，到网络，磁盘I/O等方面隔离不同容器内运行的进程，使运行的不同容器内的进程有一独立的运行环境。
LXC是Linuxcontainers的简称，是一套用户空间的工具集，用以管理容器,需要相关的Linux内核特性的支持。借助LXC可以完成容器的创建销毁，启动停止等基本操作，亦可将运行于宿主机上的进程与一个容器关联起来，将其运行的环境切换至容器内运行。
实施例一
请参阅图1，其为本申请实施例一揭示的一种虚拟化环境下的进程监控方法的流程图，该方法具体包括以下步骤：
步骤101：获取待监控进程的进程描述符；
Linux操作系统支持两个层级的PID命名空间。PID是进程的身份标识符，但是由于PID命名空间的存在，PID不再唯一标识进程，不同的进程在不同的PID命名空间可以拥有相同的PID，对于运行于容器内的进程，将在宿主机的PID命名空间与容器的PID命名空间内同时拥有PID。
由此，获得待监控进程所对应的进程描述符，需通过待监控进程PID，在待监控进程所在的命名空间内查找。对于运行于容器内的进程而言，需要首先获得容器内进程所处的PID命名空间。分析由LXC所创建的容器的进程树结构后可知，对于运行于容器内的进程均为启动进程的直接子进程的子进程。由此可知启动进程的直接子进程同时处于宿主机PID命名空间与容器PID命名空间内，因此，通过借助启动进程的直接子进程可以获得待监控进程所处的PID命名空间。
优选的，如图2为本申请揭示的一种获取待监控进程的进程描述符的方法流程图所示，所述获取待监控进程的进程描述符，具体包括步骤S1～S4：
S1：提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
S2：通过所述容器名称查询该容器启动进程的子进程在宿主机端PID命名空间下的PID；
S3：通过所述宿主机端命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
S4：在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得与待监控进程对应的进程描述符。
根据Linux系统实际的应用场景，优选的，所述获取待监控进程的进程描述符，包括：
提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
根据所述容器名称获取虚拟机启动进程lxc-start的直接子进程/sbin/init在宿主机端PID命名空间下的PID；
通过所述宿主机端PID命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，获得与待监控进程对应的进程描述符。
步骤102：在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
在Linux操作系统正常工作流程中，Linux内核处理信号的整个过程具体如下：进程由于系统调用或者中断进入内核，完成相应任务返回用户空间之前，首先检查信号队列是否存在信号，如果存在信号，则根据信号向量表找到对应的信号处理函数，设置frame之后，然后再跳转到用户态执行信号处理函数。信号处理函数执行完毕后，返回内核态，设置frame之后，再返回到用户态继续执行程序。
对于进程异常引起的信号，其缺省处理函数多数都是会导致进程段错误而终止运行，比如应用程序中的除零操作引发的SIGFPE信号，非法内存访问引发的SIGSEGV信号，最终都导致进程段错误退出。因此，如若想捕获进程的异常退出，必须在其返回用户态执行其缺省的操作前捕获相应的信号。
为了及时捕获进程的异常退出，优选的，所述方法包括：
预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，所述HOOK函数先检查信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号。
步骤103：如果有，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。
通过在进程异常退出之前检测出导致异常的信号，并及时反馈告警信息，使得终端能够对该进程的运行状态及时了解，并能够根据具体的告警信息进行对应的维护操作，以保证系统的正常工作。
通过上述实施例一可以看出，本发明提供的一种虚拟化环境下的进程监控方法，通过获取待监控进程的进程描述符；在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；如果有，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。这种监控方法通过监控待监控进程的进程描述符具体状态，捕获进程异常退出；这种方法无需修改待监控进程的程序，可监控任意一个进程。同时基于Linux操作系统异常处理及信号机制来捕获待监控进程的异常退出，能够及时准确的发出相应的告警信息，避免误判。另外，对于运行在不同命名空间下的进程，由于进程在同一时刻只能处于一个确定的PID命名空间下，由此通过与待监控进程同处一个PID命名空间下的进程来确定待监控进程所处的PID命名空间，进而在对应的PID命名空间下找到待监控进程，从而完成命名空间的转换，实现跨命名空间的进程监控。
实施例二
针对实施例一中的一种虚拟化环境下的进程监控方法，本发明还提供了一种虚拟化环境下的进程监控系统，具体如图3的一种虚拟化环境下的进程监控系统的结构图所示，下面结合该系统的工作原理进一步介绍其内部结构以及各个单元之间的连接关系。
获取单元301，用于获取待监控进程的进程描述符；
检测单元302，用于在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
反馈单元303，用于当所述检测模块的检测结果为是时，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端。
所述获取单元，包括：
提取模块，用于提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；
第一查询模块，用于通过所述容器名称查询该容器启动进程的子进程在宿主机端PID命名空间下的PID；
第二查询模块，用于通过所述宿主机端命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；
查找模块，用于在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得与待监控进程对应的进程描述符。
所述检测单元，包括：
添加模块，用于预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
第一判断模块，用于在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，所述HOOK函数先检查信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号。
通过上述实施例二可以看出：本发明提供的一种虚拟化环境下的进程监控系统，通过跟踪待监控进程的运行状态，捕获其收到信号来完成监控，由此实现进程监控系统与被监控进程分离，无需修改待监控进程的程序，可监控任意一个进程。同时，基于Linux操作系统异常处理及信号机制来判断是否会导致进程的异常退出，能够及时准确的发出相应的告警信息，避免误判。再者，对于运行在不同命名空间下的进程，由于进程在同一时刻只能处于一个确定的PID命名空间下，由此通过与待监控进程同处一个PID命名空间下的进程来确定待监控进程所处的PID命名空间，进而在对应的PID命名空间下找到待监控进程，从而完成命名空间的转换，实现跨命名空间的进程监控。
实施例三
为了更详细的描述本发明提供的方法，在Linux操作系统应用场景下，对于一个进程而言，该进程在宿主机命名空间下有自己的PID，在容器命名空间下也有自己的PID，对于每个进程系统都会储存关于该进程在宿主机命名空间下的信息和对应的在容器命名空间下的信息形成一种对应关系。当需要监控的进程在容器内，用户只知道待监控进程所处容器的容器名称以及该进程PID，在宿主机端是无法直接监控该进程。因此，本发明提供了一种虚拟化环境下的进程监控方法进行监控，以实现跨命名空间的监控。具体请参阅图4，该方法包括：
步骤401：获取用户指定的待监控进程所处的容器名称以及待监控进程的PID。
步骤402：通过用户指定的待监控进程所处的容器名称，查询与其对应的容器启动进程的子进程在宿主机命名空间下的PID；
步骤403：通过容器启动进程的子进程在宿主机命名空间下的进程PID获得与其对应的容器内PID命名空间；
由于该子进程是容器内的所有进程的根进程，因此，待监控进程与该子进程都处于一个命名空间下，也就得到待监控进程所处的容器的PID命名空间。
步骤404：在所述容器的PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得待监控进程对应的进程描述符；
步骤405：预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
在得到用户发起的监控请求时，就可以做步骤405的操作。
步骤406：在Linux操作系统中的信号处理函数处理之前，所述HOOK函数捕获待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
步骤407：如果有，则收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息，将告警信息输出至终端。
通过上述实施例三可以看出，本发明提供的一种虚拟化环境下的进程监控方法，通过跟踪待监控进程的运行状态，捕获其收到信号来完成监控，由此实现进程监控系统与被监控进程分离，无需修改待监控进程的程序，可监控任意一个进程。同时，基于Linux操作系统异常处理及信号机制来判断是否会导致进程的异常退出，能够及时准确的发出相应的告警信息，避免误判。再者，对于运行在不同命名空间下的进程，由于进程在同一时刻只能处于一个确定的PID命名空间下，由此通过与待监控进程同处一个PID命名空间下的进程来确定待监控进程所处的PID命名空间，进而在对应的PID命名空间下找到待监控进程，从而完成命名空间的转换，实现跨命名空间的进程监控。
需要说明的是，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OnlyMemory，ROM）或随机存储记忆体（RandomAccessMemory，RAM）等。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，其实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上对本发明所提供的一种虚拟化环境下的进程监控方法及系统，进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (4)
1.一种虚拟化环境下的进程监控方法，其特征在于，包括：
获取待监控进程的进程描述符；
在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
如果有，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端；
其中，所述获取待监控进程的进程描述符，包括：
提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；通过所述容器名称查询该容器启动进程的子进程在宿主机端PID命名空间下的PID；通过所述宿主机端命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得与待监控进程对应的进程描述符；或者，
提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；根据所述容器名称获取虚拟机启动进程lxc-start的直接子进程/sbin/init在宿主机端PID命名空间下的PID；通过所述宿主机端PID命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，获得与待监控进程对应的进程描述符。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号，包括：
预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，所述HOOK函数检查待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号。
3.一种虚拟化环境下的进程监控系统，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取待监控进程的进程描述符；
检测单元，用于在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，检测所述进程描述符中待监控进程的信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号；
反馈单元，用于当所述检测模块的检测结果为是时，收集被监控进程当前的运行信息，生成相应的告警信息并反馈至终端；
其中，所述获取单元，包括：
第一提取模块，用于提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；第一查询模块，用于通过所述容器名称查询该容器启动进程的子进程在宿主机端PID命名空间下的PID；第二查询模块，用于通过所述宿主机端命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；第一查找模块，用于在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，并获得与待监控进程对应的进程描述符；或者，
第二提取模块，用于提取用户指定的待监控进程所在的容器名称以及待监控进程的PID；第三查询模块，用于根据所述容器名称获取虚拟机启动进程lxc-start的直接子进程/sbin/init在宿主机端PID命名空间下的PID；第四查询模块，用于通过所述宿主机端PID命名空间下的PID查询与其对应的容器PID命名空间；第二查找模块，用于在所述容器PID命名空间下查找用户指定的待监控进程的PID，获得与待监控进程对应的进程描述符。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述检测单元，包括：
添加模块，用于预先在操作系统的信号处理函数执行路径上添加相应的HOOK函数；
第一判断模块，用于在操作系统处理待监控进程的信号队列之前，所述HOOK函数先检查信号队列中是否包含将导致进程异常退出的信号。
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