背景知識(shí)

顧名思義,進(jìn)程即一個(gè)軟件正在進(jìn)行的過(guò)程.進(jìn)程是對(duì)正在運(yùn)行的程序的一個(gè)抽象

進(jìn)程的概念起源于操作系統(tǒng),是操作系統(tǒng)的最核心的概念,也是操作系統(tǒng)提供的最古老的也是最重要的抽象概念之一.操作系統(tǒng)的其他所有內(nèi)容都是圍繞進(jìn)程的概念展開的,所以想要真正的了解進(jìn)程,必須先了解操作系統(tǒng).

　　1.操作系統(tǒng)的作用:

　　　　1)隱藏丑陋復(fù)雜的硬件接口,提供良好的抽象接口

　　　　2)管理.調(diào)度進(jìn)程,并且將多個(gè)進(jìn)程對(duì)硬件的競(jìng)爭(zhēng)變得有序

　　2.多道技術(shù):

　　　　1)產(chǎn)生背景:針對(duì)單核實(shí)現(xiàn)并發(fā)

　　　　　　ps:現(xiàn)在的主機(jī)一般是多核,呢么每個(gè)核都會(huì)利用多道技術(shù)切換這么一說(shuō);

　　　　　　有4個(gè)cpu,運(yùn)行于cpu的某個(gè)程序遇到io阻塞,會(huì)等到io結(jié)束在重新調(diào)度,會(huì)被調(diào)度到4個(gè)c普中的任意一個(gè),具體由操作系統(tǒng)調(diào)度算法決定.

　　　　2)時(shí)間上的復(fù)用(復(fù)用一個(gè)cpu的時(shí)間片) + 空間上的復(fù)用(如內(nèi)存中同時(shí)存在多道程序)

一.什么是進(jìn)程

　　進(jìn)程:正在進(jìn)行的一個(gè)過(guò)程或是一個(gè)任務(wù).而負(fù)責(zé)執(zhí)行任務(wù)的是cpu

　　舉例: (單核+多道,實(shí)現(xiàn)多個(gè)進(jìn)程的并發(fā))

　　比如說(shuō)你就是一個(gè)CPU，你下午有幾個(gè)活要干，吃飯，洗衣服，上廁所等。但是就在那一下午要把所有的事干完（而CPU同一時(shí)間只能干一件事），那么如何才能讓多個(gè)任務(wù)實(shí)現(xiàn)并發(fā)執(zhí)行的效果呢？那么，你應(yīng)該這樣做，你可以先做飯，在等待飯熟的過(guò)程中你可以去洗個(gè)衣服，洗的差不多飯也就熟了，那么你在去上個(gè)廁所也可以嘛。

二,進(jìn)程與程序之間的區(qū)別　

　　程序僅僅只是一堆代碼而已，而進(jìn)程指的是程序的運(yùn)行過(guò)程

　　需要強(qiáng)調(diào)的是：同一程序執(zhí)行兩次，那也是進(jìn)程，比如登錄QQ，雖然都是同一個(gè)軟件，但是一個(gè)可以視頻聊　　　　天，一個(gè)可以逛空間

三.并發(fā)和并行

　　并發(fā)：單CPU，多進(jìn)程并發(fā)

　　無(wú)論是并行還是并發(fā)，在用戶看來(lái)都是'同時(shí)'運(yùn)行的，不管是進(jìn)程還是線程，都只是一個(gè)任務(wù)而已，真實(shí)干活的是cpu，cpu來(lái)做這些任務(wù)，而一個(gè)cpu同一時(shí)刻只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)

? ? ? 一 并發(fā)：是偽并行，即看起來(lái)是同時(shí)運(yùn)行。單個(gè)cpu+多道技術(shù)就可以實(shí)現(xiàn)并發(fā)，（并行也屬于并發(fā)）

　　并行：多CPU（同時(shí)運(yùn)行，只有具有多個(gè)cpu才能實(shí)現(xiàn)并行）

?　　 單核下，可以利用多道技術(shù)，多個(gè)核，每個(gè)核也都可以利用多道技術(shù)（多道技術(shù)是針對(duì)單核而言的）

?有四個(gè)核，六個(gè)任務(wù)，這樣同一時(shí)間有四個(gè)任務(wù)被執(zhí)行，假設(shè)分別被分配給了cpu1，cpu2，cpu3，cpu4，

?一旦任務(wù)1遇到I/O就被迫中斷執(zhí)行，此時(shí)任務(wù)5就拿到cpu1的時(shí)間片去執(zhí)行，這就是單核下的多道技術(shù)

?而一旦任務(wù)1的I/O結(jié)束了，操作系統(tǒng)會(huì)重新調(diào)用它(需知進(jìn)程的調(diào)度、分配給哪個(gè)cpu運(yùn)行，由操作系統(tǒng)說(shuō)了算)，可能被分配給四個(gè)cpu中的任意一個(gè)去執(zhí)行

所有現(xiàn)代計(jì)算機(jī)經(jīng)常會(huì)在同一時(shí)間做很多件事，一個(gè)用戶的PC（無(wú)論是單cpu還是多cpu），都可以同時(shí)運(yùn)行多個(gè)任務(wù)（一個(gè)任務(wù)可以理解為一個(gè)進(jìn)程）。

　　多道技術(shù)：內(nèi)存中同時(shí)存入多道（多個(gè)）程序，cpu從一個(gè)進(jìn)程快速切換到另外一個(gè)，使每個(gè)進(jìn)程各自運(yùn)行幾十或幾百毫秒，這樣，雖然在某一個(gè)瞬間，一個(gè)cpu只能執(zhí)行一個(gè)任務(wù)，但在1秒內(nèi)，cpu卻可以運(yùn)行多個(gè)進(jìn)程，這就給人產(chǎn)生了并行的錯(cuò)覺(jué)，即偽并發(fā)，以此來(lái)區(qū)分多處理器操作系統(tǒng)的真正硬件并行（多個(gè)cpu共享同一個(gè)物理內(nèi)存）

四.同步和異步

　　同步執(zhí)行:一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行某個(gè)任務(wù)時(shí),另一個(gè)進(jìn)程必須等待其執(zhí)行完畢才能繼續(xù)執(zhí)行

　　異步執(zhí)行:一個(gè)進(jìn)程在執(zhí)行某個(gè)任務(wù)時(shí),另一個(gè)進(jìn)程無(wú)需等待其執(zhí)行完畢,就可以繼續(xù)執(zhí)行,當(dāng)有消息返會(huì)時(shí),系統(tǒng)會(huì)通知后者進(jìn)行處理,這樣就可以提高執(zhí)行效率

舉個(gè)例子，打電話時(shí)就是同步通信，發(fā)短息時(shí)就是異步通信。

?五.進(jìn)程的創(chuàng)建

但凡是硬件，都需要有操作系統(tǒng)去管理，只要有操作系統(tǒng)，就有進(jìn)程的概念，就需要有創(chuàng)建進(jìn)程的方式，一些操作系統(tǒng)只為一個(gè)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)，比如微波爐中的控制器，一旦啟動(dòng)微波爐，所有的進(jìn)程都已經(jīng)存在。

　　而對(duì)于通用系統(tǒng)（跑很多應(yīng)用程序），需要有系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中創(chuàng)建或撤銷進(jìn)程的能力，主要分為4中形式創(chuàng)建新的進(jìn)程

　　1. 系統(tǒng)初始化（查看進(jìn)程linux中用ps命令，windows中用任務(wù)管理器，前臺(tái)進(jìn)程負(fù)責(zé)與用戶交互，后臺(tái)運(yùn)行的進(jìn)程與用戶無(wú)關(guān)，運(yùn)行在后臺(tái)并且只在需要時(shí)才喚醒的進(jìn)程，稱為守護(hù)進(jìn)程，如電子郵件、web頁(yè)面、新聞、打印）

　　2. 一個(gè)進(jìn)程在運(yùn)行過(guò)程中開啟了子進(jìn)程（如nginx開啟多進(jìn)程，os.fork,subprocess.Popen等）

　　3. 用戶的交互式請(qǐng)求，而創(chuàng)建一個(gè)新進(jìn)程（如用戶雙擊暴風(fēng)影音）

　　4. 一個(gè)批處理作業(yè)的初始化（只在大型機(jī)的批處理系統(tǒng)中應(yīng)用）

　　無(wú)論哪一種，新進(jìn)程的創(chuàng)建都是由一個(gè)已經(jīng)存在的進(jìn)程執(zhí)行了一個(gè)用于創(chuàng)建進(jìn)程的系統(tǒng)調(diào)用而創(chuàng)建的：

　　1. 在UNIX中該系統(tǒng)調(diào)用是：fork，fork會(huì)創(chuàng)建一個(gè)與父進(jìn)程一模一樣的副本，二者有相同的存儲(chǔ)映像、同樣的環(huán)境字符串和同樣的打開文件（在shell解釋器進(jìn)程中，執(zhí)行一個(gè)命令就會(huì)創(chuàng)建一個(gè)子進(jìn)程）

　　2. 在windows中該系統(tǒng)調(diào)用是：CreateProcess，CreateProcess既處理進(jìn)程的創(chuàng)建，也負(fù)責(zé)把正確的程序裝入新進(jìn)程。

　　關(guān)于創(chuàng)建的子進(jìn)程，UNIX和windows

　　1.相同的是：進(jìn)程創(chuàng)建后，父進(jìn)程和子進(jìn)程有各自不同的地址空間（多道技術(shù)要求物理層面實(shí)現(xiàn)進(jìn)程之間內(nèi)存的隔離），任何一個(gè)進(jìn)程的在其地址空間中的修改都不會(huì)影響到另外一個(gè)進(jìn)程。

　　2.不同的是：在UNIX中，子進(jìn)程的初始地址空間是父進(jìn)程的一個(gè)副本，提示：子進(jìn)程和父進(jìn)程是可以有只讀的共享內(nèi)存區(qū)的。但是對(duì)于windows系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，從一開始父進(jìn)程與子進(jìn)程的地址空間就是不同的。

?六.進(jìn)程的終止

　　1. 正常退出（自愿，如用戶點(diǎn)擊交互式頁(yè)面的叉號(hào)，或程序執(zhí)行完畢調(diào)用發(fā)起系統(tǒng)調(diào)用正常退出，在linux中用exit，在windows中用ExitProcess）

　 ? 2. 出錯(cuò)退出（自愿，python a.py中a.py不存在）

　　3. 嚴(yán)重錯(cuò)誤（非自愿，執(zhí)行非法指令，如引用不存在的內(nèi)存，1/0等，可以捕捉異常，try...except...）

　　4. 被其他進(jìn)程殺死（非自愿，如kill -9）

七.進(jìn)程的層次結(jié)構(gòu)

無(wú)論UNIX還是windows，進(jìn)程只有一個(gè)父進(jìn)程，不同的是：

　　1. 在UNIX中所有的進(jìn)程，都是以init進(jìn)程為根，組成樹形結(jié)構(gòu)。父子進(jìn)程共同組成一個(gè)進(jìn)程組，這樣，當(dāng)從鍵盤發(fā)出一個(gè)信號(hào)時(shí)，該信號(hào)被送給當(dāng)前與鍵盤相關(guān)的進(jìn)程組中的所有成員。

　　2. 在windows中，沒(méi)有進(jìn)程層次的概念，所有的進(jìn)程都是地位相同的，唯一類似于進(jìn)程層次的暗示，是在創(chuàng)建進(jìn)程時(shí)，父進(jìn)程得到一個(gè)特別的令牌（稱為句柄）,該句柄可以用來(lái)控制子進(jìn)程，但是父進(jìn)程有權(quán)把該句柄傳給其他子進(jìn)程，這樣就沒(méi)有層次了。

八.進(jìn)程的狀態(tài)

tail -f access.log |grep '404'

　　執(zhí)行程序tail，開啟一個(gè)子進(jìn)程，執(zhí)行程序grep，開啟另外一個(gè)子進(jìn)程，兩個(gè)進(jìn)程之間基于管道'|'通訊，將tail的結(jié)果作為grep的輸入。

　　進(jìn)程grep在等待輸入（即I/O）時(shí)的狀態(tài)稱為阻塞，此時(shí)grep命令都無(wú)法運(yùn)行

　　其實(shí)在兩種情況下會(huì)導(dǎo)致一個(gè)進(jìn)程在邏輯上不能運(yùn)行，

　　1. 進(jìn)程掛起是自身原因，遇到I/O阻塞，便要讓出CPU讓其他進(jìn)程去執(zhí)行，這樣保證CPU一直在工作

　　2. 與進(jìn)程無(wú)關(guān)，是操作系統(tǒng)層面，可能會(huì)因?yàn)橐粋€(gè)進(jìn)程占用時(shí)間過(guò)多，或者優(yōu)先級(jí)等原因，而調(diào)用其他的進(jìn)程去使用CPU。

　　因而一個(gè)進(jìn)程由三種狀態(tài)

九.進(jìn)程并發(fā)的現(xiàn)象

進(jìn)程并發(fā)的實(shí)現(xiàn)在于，硬件中斷一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程，把此時(shí)進(jìn)程運(yùn)行的所有狀態(tài)保存下來(lái)，為此，操作系統(tǒng)維護(hù)一張表格，即進(jìn)程表（process table），每個(gè)進(jìn)程占用一個(gè)進(jìn)程表項(xiàng)（這些表項(xiàng)也稱為進(jìn)程控制塊）

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轉(zhuǎn)載于:https://www.cnblogs.com/baijinshuo/p/9642144.html

總結(jié)

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