一、什么是進程

進程：正在進行的一個過程或者說一個任務(wù)。而負責執(zhí)行任務(wù)則是cpu。

二、進程與程序的區(qū)別

程序僅僅只是一堆代碼而已，而進程指的是程序的運行過程。

三、并發(fā)與并行

無論是并行還是并發(fā)，在用戶看來都是’同時’運行的，不管是進程還是線程，都只是一個任務(wù)而已，真是干活的是cpu，cpu來做這些任務(wù)，而一個cpu同一時刻只能執(zhí)行一個任務(wù)

3.1 并發(fā)

是偽并行，即看起來是同時運行。單個cpu+多道技術(shù)就可以實現(xiàn)并發(fā)，（并行也屬于并發(fā)）

3.2 并行

同時運行，只有具備多個cpu才能實現(xiàn)并行

單核下，可以利用多道技術(shù)，多個核，每個核也都可以利用多道技術(shù)（多道技術(shù)是針對單核而言的）

有四個核，六個任務(wù)，這樣同一時間有四個任務(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，此時任務(wù)5就拿到cpu1的時間片去執(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)會重新調(diào)用它(需知進程的調(diào)度、分配給哪個cpu運行，由操作系統(tǒng)說了算)，可能被分配給四個cpu中的任意一個去執(zhí)行

所有現(xiàn)代計算機經(jīng)常會在同一時間做很多件事，一個用戶的PC（無論是單cpu還是多cpu），都可以同時運行多個任務(wù)（一個任務(wù)可以理解為一個進程）。

啟動一個進程來殺毒（360軟件）

啟動一個進程來看電影（暴風影音）

啟動一個進程來聊天（騰訊QQ）

所有的這些進程都需被管理，于是一個支持多進程的多道程序系統(tǒng)是至關(guān)重要的

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

四、同步/異步&阻塞/非阻塞（重點）

4.1 同步

所謂同步，就是在發(fā)出一個功能調(diào)用時，在沒有得到結(jié)果之前，該調(diào)用就不會返回。按照這個定義，其實絕大多數(shù)函數(shù)都是同步調(diào)用。但是一般而言，我們在說同步、異步的時候，特指那些需要其他部件協(xié)作或者需要一定時間完成的任務(wù)。

舉例：

1. multiprocessing.Pool下的apply #發(fā)起同步調(diào)用后，就在原地等著任務(wù)結(jié)束，根本不考慮任務(wù)是在計算還是在io阻塞，總之就是一股腦地等任務(wù)結(jié)束2. concurrent.futures.ProcessPoolExecutor().submit(func,).result()3. concurrent.futures.ThreadPoolExecutor().submit(func,).result()

4.2 異步

異步的概念和同步相對。當一個異步功能調(diào)用發(fā)出后，調(diào)用者不能立刻得到結(jié)果。當該異步功能完成后，通過狀態(tài)、通知或回調(diào)來通知調(diào)用者。如果異步功能用狀態(tài)來通知，那么調(diào)用者就需要每隔一定時間檢查一次，效率就很低（有些初學多線程編程的人，總喜歡用一個循環(huán)去檢查某個變量的值，這其實是一 種很嚴重的錯誤）。如果是使用通知的方式，效率則很高，因為異步功能幾乎不需要做額外的操作。至于回調(diào)函數(shù)，其實和通知沒太多區(qū)別。

舉例：

1. multiprocessing.Pool().apply_async() #發(fā)起異步調(diào)用后，并不會等待任務(wù)結(jié)束才返回，相反，會立即獲取一個臨時結(jié)果（并不是最終的結(jié)果，可能是封裝好的一個對象）。2. concurrent.futures.ProcessPoolExecutor(3).submit(func,)3. concurrent.futures.ThreadPoolExecutor(3).submit(func,)

4.3 阻塞

阻塞調(diào)用是指調(diào)用結(jié)果返回之前，當前線程會被掛起（如遇到io操作）。函數(shù)只有在得到結(jié)果之后才會將阻塞的線程激活。有人也許會把阻塞調(diào)用和同步調(diào)用等同起來，實際上他是不同的。對于同步調(diào)用來說，很多時候當前線程還是激活的，只是從邏輯上當前函數(shù)沒有返回而已。

舉例：
1. 同步調(diào)用：apply一個累計1億次的任務(wù)，該調(diào)用會一直等待，直到任務(wù)返回結(jié)果為止，但并未阻塞住（即便是被搶走cpu的執(zhí)行權(quán)限，那也是處于就緒態(tài)）;
2. 阻塞調(diào)用：當socket工作在阻塞模式的時候，如果沒有數(shù)據(jù)的情況下調(diào)用recv函數(shù)，則當前線程就會被掛起，直到有數(shù)據(jù)為止。

4.4 非阻塞

非阻塞和阻塞的概念相對應(yīng)，指在不能立刻得到結(jié)果之前也會立刻返回，同時該函數(shù)不會阻塞當前線程。

4.5 小結(jié)

1. 同步與異步針對的是函數(shù)/任務(wù)的調(diào)用方式：同步就是當一個進程發(fā)起一個函數(shù)（任務(wù)）調(diào)用的時候，一直等到函數(shù)（任務(wù)）完成，而進程繼續(xù)處于激活狀態(tài)。而異步情況下是當一個進程發(fā)起一個函數(shù)（任務(wù)）調(diào)用的時候，不會等函數(shù)返回，而是繼續(xù)往下執(zhí)行當，函數(shù)返回的時候通過狀態(tài)、通知、事件等方式通知進程任務(wù)完成。
2. 阻塞與非阻塞針對的是進程或線程：阻塞是當請求不能滿足的時候就將進程掛起，而非阻塞則不會阻塞當前進程

五、進程的創(chuàng)建（了解）

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)，就有進程的概念，就需要有創(chuàng)建進程的方式，一些操作系統(tǒng)只為一個應(yīng)用程序設(shè)計，比如微波爐中的控制器，一旦啟動微波爐，所有的進程都已經(jīng)存在。

而對于通用系統(tǒng)（跑很多應(yīng)用程序），需要有系統(tǒng)運行過程中創(chuàng)建或撤銷進程的能力，主要分為4中形式創(chuàng)建新的進程

系統(tǒng)初始化（查看進程linux中用ps命令，windows中用任務(wù)管理器，前臺進程負責與用戶交互，后臺運行的進程與用戶無關(guān)，運行在后臺并且只在需要時才喚醒的進程，稱為守護進程，如電子郵件、web頁面、新聞、打印）

一個進程在運行過程中開啟了子進程（如nginx開啟多進程，os.fork,subprocess.Popen等）

用戶的交互式請求，而創(chuàng)建一個新進程（如用戶雙擊暴風影音）

一個批處理作業(yè)的初始化（只在大型機的批處理系統(tǒng)中應(yīng)用）

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

在UNIX中該系統(tǒng)調(diào)用是：fork，fork會創(chuàng)建一個與父進程一模一樣的副本，二者有相同的存儲映像、同樣的環(huán)境字符串和同樣的打開文件（在shell解釋器進程中，執(zhí)行一個命令就會創(chuàng)建一個子進程）

在windows中該系統(tǒng)調(diào)用是：CreateProcess，CreateProcess既處理進程的創(chuàng)建，也負責把正確的程序裝入新進程。

關(guān)于創(chuàng)建的子進程，UNIX和windows

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

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

六、進程的終止（了解）

正常退出（自愿，如用戶點擊交互式頁面的叉號，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）

出錯退出（自愿，python a.py中a.py不存在）

嚴重錯誤（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…）

被其他進程殺死（非自愿，如kill -9）

七、進程的層次結(jié)構(gòu)

無論UNIX還是windows，進程只有一個父進程，不同的是：

在UNIX中所有的進程，都是以init進程為根，組成樹形結(jié)構(gòu)。父子進程共同組成一個進程組，這樣，當從鍵盤發(fā)出一個信號時，該信號被送給當前與鍵盤相關(guān)的進程組中的所有成員。

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

八、進程的狀態(tài)

tail -f access.log | grep '404'

執(zhí)行程序tail，開啟一個子進程，執(zhí)行程序grep，開啟另外一個子進程，兩個進程之間基于管道’|’通訊，將tail的結(jié)果作為grep的輸入。

進程grep在等待輸入（即I/O）時的狀態(tài)稱為阻塞，此時grep命令都無法運行

其實在兩種情況下會導致一個進程在邏輯上不能運行，

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

與進程無關(guān)，是操作系統(tǒng)層面，可能會因為一個進程占用時間過多，或者優(yōu)先級等原因，而調(diào)用其他的進程去使用CPU。

因而一個進程由三種狀態(tài)

九、進程并發(fā)的實現(xiàn)（了解）

進程并發(fā)的實現(xiàn)在于，硬件中斷一個正在運行的進程，把此時進程運行的所有狀態(tài)保存下來，為此，操作系統(tǒng)維護一張表格，即進程表（process table），每個進程占用一個進程表項（這些表項也稱為進程控制塊）

該表存放了進程狀態(tài)的重要信息：程序計數(shù)器、堆棧指針、內(nèi)存分配狀況、所有打開文件的狀態(tài)、帳號和調(diào)度信息，以及其他在進程由運行態(tài)轉(zhuǎn)為就緒態(tài)或阻塞態(tài)時，必須保存的信息，從而保證該進程在再次啟動時，就像從未被中斷過一樣。