第3章: プロセスとサービス管理

🎯 この章の目標

プロセスとサービスの違いを理解する
systemdでサービスを管理できる
システムリソースを監視できる

🚀 できるようになること

不要なプロセスを終了できる
Webサーバーを起動・停止できる
システムの状態を把握できる

はじめに：プロセスとサービスを理解する

コンピュータで動いているプログラムには、大きく分けて2種類あります：

🏃 プロセス（一時的なプログラム）

例: ls コマンド、電卓、メモ帳
特徴: 必要な時だけ動いて、終わったら消える
寿命: 数秒〜数時間

🏠 サービス（常駐プログラム）

例: Webサーバー、データベース、SSHサーバー
特徴: 24時間365日ずっと動いている
寿命: システムが動いている間ずっと

💡 例え話:

プロセスは「宅配便の配達員」（用事が済んだら帰る）
サービスは「コンビニの店員」（24時間お店にいる）

3.1 WSL2でのsystemd有効化

systemdとは何か？

systemdは、Linuxのサービスを管理する「マネージャー」です。 Windowsの「サービス」管理ツールのLinux版と考えてください。

なぜsystemdが必要なのか？

サービスの自動起動を管理
サービスの状態を監視
ログを統一管理

⚠️ 重要: WSL2では初期状態でsystemdが無効になっているため、手動で有効化が必要です。

有効化手順

# 1. 設定ファイル作成
sudo vi /etc/wsl.conf

# 2. 以下の内容を記入
[boot]
systemd=true

# 3. WSL2再起動（PowerShellで実行）
wsl --shutdown

# 4. WSL2再開
wsl

# 5. systemd動作確認
systemctl --version
# 出力: systemd 249 (249.11-0ubuntu3)

systemd無効時の代替手段

# systemd無効環境での手動サービス起動
sudo service nginx start
sudo service mysql start

# 自動起動の代替（.bashrcに追加）
echo 'sudo service ssh start 2>/dev/null' >> ~/.bashrc

3.2 プロセスの概念と管理

プロセスとは

プロセスは実行中のプログラムのインスタンスです。各プロセスは固有のPID（Process ID）を持ちます。

プロセス・サービス関係図

# 現在のシェルのPID確認
echo $$
# 出力例: 1234

# 親プロセスのPID確認
echo $PPID
# 出力例: 1000

上の図は、プロセスとサービスの関係性、そして親子プロセスの階層構造を示しています。systemdがすべてのプロセスの最上位に位置し、その下に様々なサービスやユーザープロセスが配置される構造が理解できます。

ps - プロセス表示

# 基本表示
ps

# 全プロセス表示（標準形式）
ps aux

# 全プロセス表示（BSD形式）  
ps -ef

# ツリー表示
ps auxf

ps auxの出力解説：

USER  PID %CPU %MEM    VSZ   RSS TTY STAT START TIME COMMAND
root    1  0.0  0.1 169432 11204 ?   Ss   09:00 0:01 /sbin/init
│       │    │    │      │     │   │    │     │    │    └─ 実行コマンド
│       │    │    │      │     │   │    │     │    └─ CPU使用時間
│       │    │    │      │     │   │    │     └─ 開始時刻
│       │    │    │      │     │   │    └─ プロセス状態
│       │    │    │      │     │   └─ 制御端末
│       │    │    │      │     └─ 物理メモリ（KB）
│       │    │    │      └─ 仮想メモリ（KB）
│       │    │    └─ メモリ使用率
│       │    └─ CPU使用率
│       └─ プロセスID
└─ 実行ユーザー

プロセス状態（STAT）の意味：

R: 実行中（Running）
S: スリープ（Sleeping）
D: ディスクI/O待ち
Z: ゾンビ
T: 停止
<: 高優先度
N: 低優先度

top/htop - リアルタイム監視

# top起動
top

# 操作キー：
# q: 終了
# k: プロセスkill
# r: nice値変更
# M: メモリ使用順ソート
# P: CPU使用順ソート
# 1: CPU別表示

htopの導入と使用：

# インストール
sudo apt update
sudo apt install htop -y

# 起動
htop

# 利点：
# - カラー表示
# - マウス操作対応
# - プロセスツリー表示
# - より直感的なUI

プロセスの制御

# バックグラウンド実行
command &
sleep 100 &

# ジョブ確認
jobs
# 出力: [1]+ Running sleep 100 &

# フォアグラウンドへ
fg %1

# バックグラウンドへ
# Ctrl+Z で一時停止後
bg %1

# プロセス終了
kill PID        # 通常終了（SIGTERM）
kill -9 PID     # 強制終了（SIGKILL）
killall command # 名前指定で終了

シグナル一覧：

# 主要シグナル
kill -l
# 1) SIGHUP     # 再読み込み
# 2) SIGINT     # 割り込み（Ctrl+C）
# 9) SIGKILL    # 強制終了
# 15) SIGTERM   # 終了要求（デフォルト）
# 19) SIGSTOP   # 一時停止
# 18) SIGCONT   # 再開

実践: ゾンビプロセスの理解と対処

# ゾンビプロセス生成例
cat << 'SCRIPT' > zombie_test.sh
#!/bin/bash
# 親プロセス
echo "Parent PID: $$"
# 子プロセス生成
(sleep 2; echo "Child finished") &
CHILD_PID=$!
echo "Child PID: $CHILD_PID"
# 親は子の終了を待たない
sleep 10
SCRIPT

chmod +x zombie_test.sh
./zombie_test.sh &

# 別ターミナルで確認
ps aux | grep defunct
# ゾンビプロセスが表示される

# 対処: 親プロセスを終了
kill $(ps aux | grep zombie_test | grep -v grep | awk '{print $2}')

3.3 systemdによるサービス管理

systemctlコマンド基本

# サービス状態確認
systemctl status nginx

# サービス操作
sudo systemctl start nginx    # 起動
sudo systemctl stop nginx     # 停止
sudo systemctl restart nginx  # 再起動
sudo systemctl reload nginx   # 設定再読み込み

# 自動起動設定
sudo systemctl enable nginx   # 有効化
sudo systemctl disable nginx  # 無効化

# 全サービス一覧
systemctl list-units --type=service
systemctl list-units --type=service --state=running

サービスユニットファイルの理解

# ユニットファイルの場所
ls /lib/systemd/system/*.service
ls /etc/systemd/system/*.service

# ユニットファイルの内容確認
cat /lib/systemd/system/nginx.service

基本的なユニットファイル構造：

[Unit]
Description=Nginx Web Server
After=network.target

[Service]
Type=forking
PIDFile=/run/nginx.pid
ExecStartPre=/usr/sbin/nginx -t
ExecStart=/usr/sbin/nginx
ExecReload=/bin/kill -s HUP $MAINPID
ExecStop=/bin/kill -s QUIT $MAINPID
Restart=on-failure

[Install]
WantedBy=multi-user.target

カスタムサービスの作成

# 1. アプリケーションスクリプト作成
sudo nano /usr/local/bin/myapp.sh

#!/bin/bash
# myapp.sh - サンプルアプリケーション
while true; do
    echo "$(date): MyApp is running" >> /var/log/myapp.log
    sleep 10
done

# 2. 実行権限付与
sudo chmod +x /usr/local/bin/myapp.sh

# 3. ユニットファイル作成
sudo nano /etc/systemd/system/myapp.service

[Unit]
Description=My Custom Application
After=network.target

[Service]
Type=simple
User=nobody
Group=nogroup
ExecStart=/usr/local/bin/myapp.sh
Restart=always
RestartSec=10

[Install]
WantedBy=multi-user.target

# 4. サービス登録と起動
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl start myapp
sudo systemctl status myapp
sudo systemctl enable myapp

# 5. ログ確認
tail -f /var/log/myapp.log

journalctl - ログ管理

# 全ログ表示
journalctl

# 特定サービスのログ
journalctl -u nginx

# 最新ログのみ
journalctl -u nginx -n 50

# リアルタイム追跡
journalctl -u nginx -f

# 時間範囲指定
journalctl --since "2025-01-15 10:00:00"
journalctl --since "1 hour ago"
journalctl --since yesterday --until today

# エラーレベル以上のみ
journalctl -p err

# ブート単位で表示
journalctl -b  # 現在のブート
journalctl -b -1  # 前回のブート

3.4 実践: Webサーバーの導入と管理

Nginx導入

# 1. パッケージ更新とインストール
sudo apt update
sudo apt install nginx -y

# 2. 状態確認
systemctl status nginx

# 3. 設定ファイル構造
ls -la /etc/nginx/
# nginx.conf         - メイン設定
# sites-available/   - 利用可能サイト設定
# sites-enabled/     - 有効化されたサイト

# 4. デフォルトページ確認
curl http://localhost

仮想ホスト設定

# 1. サイト用ディレクトリ作成
sudo mkdir -p /var/www/mysite
sudo chown -R $USER:$USER /var/www/mysite

# 2. テストページ作成
cat << 'HTML' > /var/www/mysite/index.html
<!DOCTYPE html>
<html>
<head><title>My Site</title></head>
<body>
    <h1>Welcome to My Site on WSL2!</h1>
    <p>Served by Nginx</p>
</body>
</html>
HTML

# 3. サイト設定作成
sudo nano /etc/nginx/sites-available/mysite

server {
    listen 80;
    listen [::]:80;
    
    server_name mysite.local;
    root /var/www/mysite;
    index index.html;
    
    location / {
        try_files $uri $uri/ =404;
    }
    
    access_log /var/log/nginx/mysite_access.log;
    error_log /var/log/nginx/mysite_error.log;
}

# 4. サイト有効化
sudo ln -s /etc/nginx/sites-available/mysite /etc/nginx/sites-enabled/

# 5. 設定テスト
sudo nginx -t

# 6. Nginx再起動
sudo systemctl reload nginx

# 7. hosts編集（Windows側）
# C:\Windows\System32\drivers\etc\hosts に追加
# 127.0.0.1 mysite.local

パフォーマンス監視

# Nginxステータスモジュール有効化
sudo nano /etc/nginx/sites-available/default

# server ブロック内に追加：
location /nginx_status {
    stub_status;
    allow 127.0.0.1;
    deny all;
}

# 再読み込み
sudo systemctl reload nginx

# ステータス確認
curl http://localhost/nginx_status

3.5 プロセス優先度とリソース制限

nice/renice - 優先度管理

# nice値確認（-20～19、小さいほど高優先度）
ps -eo pid,nice,cmd

# 低優先度で実行
nice -n 10 command

# 高優先度で実行（要root）
sudo nice -n -5 command

# 実行中プロセスの優先度変更
renice -n 5 -p PID
sudo renice -n -5 -p PID

ulimit - リソース制限

# 現在の制限確認
ulimit -a

# ファイルディスクリプタ数
ulimit -n        # 確認
ulimit -n 4096   # 設定

# プロセス数制限
ulimit -u        # 確認
ulimit -u 1024   # 設定

# コアダンプサイズ
ulimit -c unlimited  # 無制限に設定

cgroups - リソース制御

# CPU使用率制限例
# 1. cgroupsインストール（必要な場合）
sudo apt install cgroup-tools -y

# 2. グループ作成
sudo cgcreate -g cpu:/mygroup

# 3. CPU使用率50%に制限
sudo cgset -r cpu.cfs_quota_us=50000 mygroup

# 4. プロセス実行
sudo cgexec -g cpu:mygroup stress --cpu 1

3.6 演習問題

演習1: プロセス監視スクリプト

#!/bin/bash
# process_monitor.sh - 特定プロセスの監視

PROCESS_NAME="nginx"
CHECK_INTERVAL=5

while true; do
    if ! pgrep -x "$PROCESS_NAME" > /dev/null; then
        echo "$(date): $PROCESS_NAME is not running. Starting..."
        sudo systemctl start $PROCESS_NAME
        
        # アラート（実際はメール送信等）
        echo "$(date): $PROCESS_NAME was restarted" >> /var/log/process_monitor.log
    fi
    sleep $CHECK_INTERVAL
done

演習2: リソース使用状況レポート

#!/bin/bash
# resource_report.sh - システムリソースレポート生成

echo "=== System Resource Report ==="
echo "Date: $(date)"
echo ""

echo "CPU Usage:"
top -bn1 | grep "Cpu(s)" | awk '{print "  User: "$2"% System: "$4"%"}'
echo ""

echo "Memory Usage:"
free -h | grep "^Mem:" | awk '{print "  Total: "$2" Used: "$3" Free: "$4}'
echo ""

echo "Top 5 CPU Consumers:"
ps aux --sort=-%cpu | head -6 | tail -5 | awk '{printf "  %-20s %5s%%\n", $11, $3}'
echo ""

echo "Top 5 Memory Consumers:"
ps aux --sort=-%mem | head -6 | tail -5 | awk '{printf "  %-20s %5s%%\n", $11, $4}'

演習3: サービス自動復旧設定

# systemdの自動再起動設定
sudo nano /etc/systemd/system/myapp.service

# Serviceセクションに追加：
Restart=always
RestartSec=10
StartLimitInterval=60
StartLimitBurst=5

# 設定反映
sudo systemctl daemon-reload
sudo systemctl restart myapp

# テスト
sudo kill -9 $(pgrep myapp)
# 10秒後に自動再起動される

3.7 トラブルシューティング

よくある問題と対処

症状	原因	対処法
`System has not been booted with systemd`	systemd未有効	`/etc/wsl.conf`でsystemd有効化
`Failed to connect to bus`	D-Bus未起動	`sudo service dbus start`
サービスが起動しない	設定エラー	`journalctl -xe`でエラー確認
CPU使用率100%	暴走プロセス	`top`で特定し`kill -9`
メモリ不足	WSL2メモリ制限	`.wslconfig`で調整

WSL2特有の問題

# WSL2メモリ制限設定
# Windows側で %USERPROFILE%\.wslconfig 作成
[wsl2]
memory=4GB
processors=2
swap=2GB

# localhost接続できない問題
# /etc/hosts確認
cat /etc/hosts
# 127.0.0.1 localhost が存在することを確認

# ネットワーク接続リセット
wsl --shutdown  # PowerShellで実行
netsh winsock reset  # 管理者権限PowerShell

デバッグ手順

# 1. プロセス状態確認
ps aux | grep [p]rocess_name
pgrep -a process_name

# 2. ポート使用状況確認
sudo ss -tlnp
sudo lsof -i :80

# 3. ログ確認優先順位
journalctl -xe          # systemdログ
tail -f /var/log/syslog # システムログ
dmesg                   # カーネルメッセージ

# 4. strace でシステムコール追跡
strace -p PID
strace command 2>&1 | grep -i error

まとめ

プロセスとサービス管理の要点：

systemd有効化: WSL2では必須の初期設定
基本コマンド: ps、top、systemctl の使い分け
監視と自動化: サービスの自動復旧設定が運用の鍵

次章では、これらの知識を基にネットワーク設定と管理を学習します。