并发编程之多进程

进程理论

什么是进程

进程：正在进行的一个过程或者说一个任务，而负责执行任务则是CPU。比如

• 执行一个简单脚本，python bar.py 就会出现一个进程

• 双击pycharm，就会出现一个进程，即运行一个软件

• 运行nginx，就会出现一个进程，即运行一个服务

• 执行tail, grep也会出现进程

并发与并行

无论是并发还是并行，在用户看来都是同时运行，其实进程或线程都是一个任务而已，真正干活的是CPU，而一个CPU同一时刻只能执行一个任务

• 并发：是伪并行，即看起来是同时运行，单个CPU+多道技术实现并发

• 并行：同时运行，只有具备多个CPU才能实现并行

进程的创建

硬件 -> OS -> 进程 -> 进程的创建

• 系统初始化(如Linux ps命令，Windows任务管理器)，默认创建一些进程

• 一个进程运行过程中开启了子进程(如Nginx开启多进程，os.fork，subprocess.Popen等)

• 用户的交互式请求(如双击QQ)

• 一个批处理作业的初始化(如在大型机批处理系统中的应用)

OS不同，创建的方式有区别

• Unix中 fork ；Windows中CreateProcess

关于创建的子进程，Unix和Windows

• 相同点：父进程和子进程有各自不同的地址空间(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外一个进程；

• 不同点：在Unix中，子进程的初始地址空间是父进程的一个副本，提示：子进程和父进程是可以有只读的共享内存区的。但是对于windows系统来说，从一开始父进程与子进程的地址空间就是不同的。

进程的终止

• 正常退出(自愿，如exit)

• 出错退出(自愿，如python bar.py中bar.py不存在)

• 严重错误(非自愿，如引用不存在的内存，1/0等，但可以捕获try...except...)

• 被其他进程杀死(非自愿，如kill -9)

进程的层次结构

无论Unix还是windows，进程只有一个父进程，不同的是：

• 在UNIX中所有的进程，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所有成员。

• 在windows中，没有进程层次的概念，所有的进程都是地位相同的，唯一类似于进程层次的暗示，是在创建进程时，父进程得到一个特别的令牌（称为句柄）,该句柄可以用来控制子进程，但是父进程有权把该句柄传给其他子进程，这样就没有层次了。

进程的状态

tail -f access.log | grep '404'

执行 tail 开启一个子进程，执行grep 开启另外一个子进程，两个子进程之间基于管道| 通讯，将tail的结果作为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无法运行

两种情况下会导致一个进程在逻辑上不能运行：

• 进程挂起是自身原因，遇到I/O阻塞，便要让出CPU让其他进程去执行，这样保证CPU一直在工作；

• 与进程无关，是操作系统层面，可能会因为一个进程占用时间过多，或者优先级等原因，而调用其他的进程去使用CPU

一个进程的三种状态：

进程并发的实现

进程并发的实现在于，硬件中断一个正在运行的进程，把此时进程运行的所有状态保存下来，为此，操作系统维护一张表格，即进程表（process table），每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、内存分配状况、所有打开文件的状态、帐号和调度信息，以及其他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，就像从未被中断过一样。