网络编程之并发编程——进程理论

网络编程之并发编程——进程理论

1、什么是进程

进程：正在进行的一个过程或者说一个任务。而负责执行任务的则是CPU。

2、进程与程序的区别

程序仅仅只是一堆代码而已，而进程指的是程序的运行过程。

须要强调的是：同一个程序执行两次，那也是两个进程，好比打开暴风影音，虽然都是同一个软件，可是一个能够播放苍进空，一个能够播放饭岛爱。

3、并发与并行

不管是并行仍是并发，在用户看来都是“同时”运行的，不论是进程仍是线程，都只是一个任务而已，真正干活的是CPU，CPU来作这些任务，而一个CPU同一时刻只能执行一个任务。

一、并发：是伪并行，即看起来是同时运行。单个CPU加上多道技术就能够实现并发。 

举例（单核+多道，实现多个进程的并发执行）：

egon在一个时间段内有不少任务要作：python备课的任务，写书的任务，交女友的任务，王者荣耀上分的任务，但egon同一时刻只能作一个任务（cpu同一时间只能干一个活），如何才能玩出多个任务并发执行的效果？egon备一会课，再去跟李杰的女友聊聊天，再去打一会王者荣耀….这就保证了每一个任务都在进行中。

二、并行：同时运行，只有具有多个CPU才能实现并行

单核下，能够利用多道技术，那么多个核，每一个核也均可以利用多道技术（多道技术是针对单核而言的）

有四个核，六个任务，这样同一时间有四个任务被执行，假设分别被分配给了cpu1，cpu2，cpu3，cpu4，一旦任务1遇到I/O就被迫中断执行，此时任务5就拿到cpu1的时间片去执行，这就是单核下的多道技术。而一旦任务1的I/O结束了，操做系统会从新调用它(需知进程的调度、分配给哪一个cpu运行，由操做系统说了算)，可能被分配给四个cpu中的任意一个去执行。

4、进程的建立（了解）

但凡是硬件，都须要有操做系统去管理，只要有操做系统，就有进程的概念，就须要有建立进程的方式，一些操做系统只为一个应用程序设计，好比微波炉中的控制器，一旦启动微波炉，全部的进程都已经存在。而对于通用系统（跑不少应用程序），须要有系统运行过程当中建立或撤销进程的能力，主要分为4种形式建立新的进程。

一、系统初始化（查看进程在Linux中用ps命令，windows中用任务管理器，前台进程负责与用户交互，后台运行的程序与用户无关，运行在后台而且只在须要时才唤醒的进程，称为守护进程，如电子邮件，web页面，新闻，打印）

二、一个进程在运行过程当中开启了子进程（如nginx开启多进程，os.fork，subprocess.Popen等）

三、用户的交互式请求，而建立一个新进程（如用户双击暴风影音）

四、一个批处理做业的初始化（只在大型机的批处理系统中应用）

不管哪种，新进程的建立都是由一个已经存在的进程执行了一个用于建立进程的系统调用而建立的：

一、在UNIX中，该系统调用的是：fork，fork会建立一个与父进程如出一辙的副本，两者由相同的存储映像、一样的环境字符串和一样的打开文件（在shell解释器进程中，执行一个命令就会建立一个子进程）。

二、在windows中该系统调用是：CreateProcess，CreateProcess既处理进程的建立，也负责把正确的程序装入新进程。

关于建立的子进程，UNIX和windows：

一、相同的是：进程建立后，父进程和子进程有各自不一样的地址空间（多道技术要求物理层面实现进程之间内存的隔离），任何一个进程的在其地址空间中的修改都不会影响到另一个进程。

二、不一样的是：UNIX中，子进程的初始地址空间是父进程的一个副本（提示：子进程和父进程是能够有只读的共享内存区的。可是对于windows系统来讲，从一开始父进程与子进程的地址空间就是不一样的。）

5、进程的终止（了解）

一、正常退出（自愿，如用户点击交互式页面的叉号，或程序执行完毕调用发起系统调用正常退出，在Linux中eixt，在windows中用ExitProcess）。

二、出错推出（自愿，python a.py中a.py不存在）。

三、严重错误（非自愿，执行非法指令，如引用不存在的内存，1/0等，能够捕捉异常，try...except...）。

四、被其它进程杀死（非自愿，如kill -9）。

6、进程的层次结构

不管UNIX仍是windows，进程只有一个父进程，不一样的是：

一、在UNIX中全部的进程，都是以init进程为根，组成树形结构。父子进程共同组成一个进程组，这样，当从键盘发出一个信号时，该信号被送给当前与键盘相关的进程组中的全部成员。

二、在windows中，没有进程层次的概念，全部的进程都是地位相同的，惟一相似于进程层次的暗示，是在建立进程时，父进程获得一个特别的令牌（称为句柄），该句柄能够用来控制子进程，可是父进程有权把该句柄传给其它子进程，这样就没有层次了。

7、进程的状态

tail -f access.log |grep '404'

执行程序tail，开启一个子进程，执行程序grep，开启另一个子进程，两个进程之间基于管道|通信，将tail的结果做为grep的输入。

进程grep在等待输入（即I/O）时的状态称为阻塞，此时grep命令都没法运行。

其实在两种状况下会致使一个进程在逻辑上不能运行，

一、进程挂起是自身缘由，遇到I/O阻塞，便要让出CPU让其它进程去执行，这样保证CPU一直在工做。

二、与进程无关，是操做系统层面，可能会由于一个进程占用时间过多，或者优先级等缘由，而调用其它的进程去使用CPU。

于是一个进程由三种状态：

8、进程并发的实现（了解）

进程并发的是如今在于，硬件中断一个正在运行的进程，把此时进程运行的全部状态保存下来，为此，操做系统维护一张表格，即进程表（process table），每一个进程占用一个进程表项（这些表项也称为进程控制块）

该表存放了进程状态的重要信息：程序计数器、堆栈指针、内存分配情况、全部打开文件的状态、帐号和调度信息，以及其它在进程由运行态转为就绪态或阻塞态时，必须保存的信息，从而保证该进程在再次启动时，就像从未被中断过同样。