多任務(wù)編程

可以有效的利用計(jì)算機(jī)資源，同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)

進(jìn)程

進(jìn)程就是程序在計(jì)算機(jī)中一次執(zhí)行的過程
進(jìn)程和程序的區(qū)別：
程序是一個(gè)靜態(tài)文件的描述，不占計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)資源
進(jìn)程是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程，占有CPU、內(nèi)存等資源，有一定的生命周期
同一個(gè)程序的不同執(zhí)行過程即為不同的進(jìn)程

問題1：什么決定了進(jìn)程的創(chuàng)建
1）用戶通過應(yīng)用層程序進(jìn)行進(jìn)程的創(chuàng)建申請(qǐng)
2）調(diào)用操作系統(tǒng)接口進(jìn)行進(jìn)程創(chuàng)建
3）告知系統(tǒng)內(nèi)核創(chuàng)建新的進(jìn)程提供給應(yīng)用層使用
問題2：進(jìn)程如何占有CPU
1）同一個(gè)內(nèi)核同一時(shí)刻只能運(yùn)行一個(gè)進(jìn)程
2）多個(gè)進(jìn)程對(duì)內(nèi)核資源進(jìn)行搶占，由操作系統(tǒng)內(nèi)核進(jìn)行分配
3）哪個(gè)進(jìn)程占有計(jì)算機(jī)內(nèi)核，我們稱為該進(jìn)程占有CPU的時(shí)間片
問題3：進(jìn)程在運(yùn)行過程中的形態(tài)和附帶內(nèi)容
1）PCB(進(jìn)程控制塊)：在linux和unix操作系統(tǒng)中，進(jìn)程創(chuàng)建后會(huì)在內(nèi)存中開辟一塊空間存放進(jìn)程的相關(guān)信息，這個(gè)空間稱之為PCB
2）PID：在操作系統(tǒng)中進(jìn)程的唯一標(biāo)識(shí)，是一個(gè)大于0的正整數(shù)，由系統(tǒng)自動(dòng)分配
ps -aux 查看進(jìn)程信息
虛擬內(nèi)存：每個(gè)進(jìn)程占有4G內(nèi)存地址空間，這里的內(nèi)存指的是虛擬內(nèi)存
進(jìn)程狀態(tài)：
三態(tài)
就緒態(tài): 進(jìn)程具備運(yùn)行條件，等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行
運(yùn)行態(tài)：進(jìn)程占有cpu處于運(yùn)行狀態(tài)
等待態(tài)：又稱為阻塞態(tài)或者睡眠態(tài)，指進(jìn)程不具備運(yùn)行條件，正在等待某些條件的達(dá)成
五態(tài)
就緒態(tài): 進(jìn)程具備運(yùn)行條件，等待系統(tǒng)分配處理器以便運(yùn)行
運(yùn)行態(tài)：進(jìn)程占有cpu處于運(yùn)行狀態(tài)
等待態(tài)：又稱為阻塞態(tài)或者睡眠態(tài)，指進(jìn)程不具備運(yùn)行條件，正在等待某些條件的達(dá)成
新建：創(chuàng)建一個(gè)進(jìn)程的過程，直接表現(xiàn)為執(zhí)行某個(gè)程序或者在程序中創(chuàng)建新的進(jìn)程
終止：進(jìn)程執(zhí)行結(jié)束，完成回收的過程
D: 等待態(tài)，不可中斷等待態(tài)
S: 等待態(tài)，可中斷等待態(tài)
T: 等待態(tài)，暫停狀態(tài)
R: 運(yùn)行態(tài)
Z: 僵尸態(tài)

+: 前臺(tái)進(jìn)程
N: 低優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程
<: 高優(yōu)先級(jí)的進(jìn)程
l: 有進(jìn)程鏈接
s: 會(huì)話組

進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

優(yōu)先級(jí)往往決定了一個(gè)進(jìn)程的執(zhí)行權(quán)限和占有系統(tǒng)資源的優(yōu)先程度
top: 動(dòng)態(tài)查看系統(tǒng)進(jìn)程運(yùn)行情況
linux系統(tǒng)中優(yōu)先級(jí)范圍為-20—19，其中-20優(yōu)先級(jí)最高，19優(yōu)先級(jí)最低，0為平均狀態(tài)，用戶創(chuàng)建進(jìn)程默認(rèn)優(yōu)先級(jí)為0
nice: 以指定的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行某一個(gè)進(jìn)程

            
               nice -9 ./while.py 	 以9的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行程序
 sudo nice --9 ./while.py 	 以-9的優(yōu)先級(jí)運(yùn)行程序

            
          

renice n PID: 修改一個(gè)正在運(yùn)行的進(jìn)程的優(yōu)先級(jí)

            
              renice 8 4277 	將4277號(hào)進(jìn)程優(yōu)先級(jí)修改為8

            
          

父子進(jìn)程

在系統(tǒng)中除了初始化進(jìn)程之外，每個(gè)進(jìn)程都是由父進(jìn)程創(chuàng)建的，每個(gè)進(jìn)程有一個(gè)唯一的父進(jìn)程，可能有多個(gè)子進(jìn)程
需求：兩間不相關(guān)事情希望同時(shí)來做

            
              # test.py文件
import time

def fun1():
	time.sleep(6)
	print('做完第一件事情')


def fun2():
	time.sleep(4)
	print('做完第二件事情')


            
          

方案一：寫兩個(gè)進(jìn)程，分別承擔(dān)不同的事情，各自執(zhí)行
分析：1. 兩個(gè)程序比較麻煩
2. 無法確定兩個(gè)程序應(yīng)該在什么時(shí)間開始運(yùn)行
方案二：寫一個(gè)程序，在程序中指定位置調(diào)用接口來創(chuàng)建新的進(jìn)程
實(shí)現(xiàn)方法： os.fork()函數(shù)實(shí)現(xiàn)
fork()
功能：創(chuàng)建一個(gè)新的進(jìn)程
參數(shù)：無
返回值：
小于0 表示進(jìn)程創(chuàng)建失敗
等于0 表示在子進(jìn)程中fork的返回值為0
大于0 在父進(jìn)程中fork的返回值大于0

• fork是os模塊函數(shù)，只能在linux和unix下使用
  測試1：父進(jìn)程中fork之前的內(nèi)容，子進(jìn)程同樣也會(huì)復(fù)制，但是父子進(jìn)程空間內(nèi)容的修改不會(huì)相互影響
  測試2：父子進(jìn)程在執(zhí)行上互不影響，理論上不一定誰先執(zhí)行
  測試3：子進(jìn)程雖然復(fù)制父進(jìn)程的空間，但也有自己獨(dú)特的特性，比如自己的pid，進(jìn)程控制塊，進(jìn)程棧等。父進(jìn)程中fork的返回值即為創(chuàng)建的子進(jìn)程的pid號(hào)

            
              # os模塊提供了大量和系統(tǒng)相關(guān)的功能函數(shù)接口
# os模塊的使用是系統(tǒng)相關(guān)的，在不同的系統(tǒng)中可能使用方法不同
import os
import time

# 創(chuàng)建新的進(jìn)程
pid = os.fork()

if pid < 0:
	print('create process failed')
elif pid == 0:
	print('pid:')
	print(pid)
	while True:
		time.sleep(0.8)
		print('This is the new process')
else:
	# 父進(jìn)程中pid為子進(jìn)程的PID號(hào)
	print('parent pid:')
	print(pid)
	while True:
		time.sleep(1)
		print('This is the parent process')

print('The process end')

            
          

需求解決：

            
              import os
import time
# 導(dǎo)入test中的函數(shù)
from test import *

# 創(chuàng)建新的進(jìn)程
pid = os.fork()

if pid < 0:
	print('create process failed')
elif pid == 0:
	fun1()
else:
	fun2()

            
          

進(jìn)程相關(guān)的函數(shù)

os.getpid()

功能：獲取當(dāng)前進(jìn)程的PID號(hào)

            
              import os

pid = os.fork()

if pid < 0:
	print('create process failed')
elif pid == 0:
	print('Child process:')
	print('當(dāng)前進(jìn)程的PID:', os.getpid())
else:
	print('Parent process')
	print('pid:', pid)

            
          

os.getppid()

功能：獲取當(dāng)前進(jìn)程父進(jìn)程的PID號(hào)

os._exit(status)

功能：用來結(jié)束一個(gè)進(jìn)程
參數(shù)：一個(gè)數(shù)字，表示進(jìn)程的退出狀態(tài)，通常0表示正常退出進(jìn)程，其他數(shù)字表示非正常退出

sys.exit([status])

功能：用來結(jié)束一個(gè)進(jìn)程, 如果處理了拋出的異常，則不結(jié)束進(jìn)程
參數(shù)：一個(gè)數(shù)字，表示進(jìn)程的退出狀態(tài)，同上
還可以是一個(gè)字符串，則在進(jìn)程退出時(shí)會(huì)打印這個(gè)字符串

            
              import os
import sys

# 拋出異常進(jìn)程不結(jié)束
try:
	sys.exit('over')
except SystemExit as e:
	print(e)

print('process over')

            
          

僵尸進(jìn)程

子進(jìn)程先于父進(jìn)程退出，父進(jìn)程沒有對(duì)子進(jìn)程的退出做相應(yīng)的處理，此時(shí)子進(jìn)程就會(huì)變?yōu)榻┦M(jìn)程
影響：進(jìn)程退出后，仍有部分信息殘留在內(nèi)存中占用空間，大量的僵尸進(jìn)程會(huì)影響系統(tǒng)運(yùn)行，所以應(yīng)該盡量避免僵尸進(jìn)程的產(chǎn)生。

處理僵尸進(jìn)程的方法

1. 讓父進(jìn)程先退出（不好控制）
2. 父進(jìn)程處理子進(jìn)程的退出(阻塞父進(jìn)程的運(yùn)行)

os.wait()

功能：等待子進(jìn)程退出進(jìn)行處理
參數(shù)：無
返回值：返回一個(gè)包含兩個(gè)元素的元組，第一個(gè)是退出的子進(jìn)程的PID號(hào)，第二個(gè)是子進(jìn)程的退出狀態(tài)

• wait是一個(gè)阻塞函數(shù)，即進(jìn)程處于等待狀態(tài)，等待某種條件的達(dá)成才會(huì)繼續(xù)運(yùn)行

            
              import os
import sys
from time import sleep

pid = os.fork()

if pid < 0:
	print('create process failed')
elif pid == 0:
	print('child process...')
	sleep(2)
	sys.exit(6) # 子進(jìn)程退出
else:
	# wait 阻塞等待子進(jìn)程的退出
	p, status = os.wait()
	print('parent process...')
	print('p, status:', p, status)

            
          

os.waitpid(pid, option)

功能：同wait, 處理子進(jìn)程退出，使其不會(huì)成為僵尸
參數(shù)：
pid=-1表示等待任意子進(jìn)程退出
pid大于0表示等待指定進(jìn)程號(hào)的子進(jìn)程退出
option=0 表示阻塞等待
option=WNOHANG 表示非阻塞狀態(tài)
返回值：同wait

創(chuàng)建二級(jí)子進(jìn)程處理

            
              # 創(chuàng)建二級(jí)子進(jìn)程解決僵尸進(jìn)程
import os

# 創(chuàng)建一級(jí)子進(jìn)程
pid = os.fork()

if pid < 0:
	print('create process failed')
elif pid == 0:
	# 創(chuàng)建二級(jí)子進(jìn)程
	p = os.fork()
	if p < 0:
		print('process failed')
	elif p == 0:
		print('做二級(jí)子進(jìn)程任務(wù)')
	else:
		# 一級(jí)子進(jìn)程退出，使二級(jí)子進(jìn)程成為孤兒
		os._exit(0)
else:
	# 等待一級(jí)子進(jìn)程退出
	os.wait()
	print('做父進(jìn)程任務(wù)')

            
          

在父進(jìn)程中使用信號(hào)處理的方法，忽略子進(jìn)程發(fā)來的信號(hào)

signal(SIGCHLD, SIG_IGN)

孤兒進(jìn)程

父進(jìn)程先于子進(jìn)程退出，此時(shí)子進(jìn)程就會(huì)變?yōu)楣聝哼M(jìn)程
影響：當(dāng)一個(gè)進(jìn)程變?yōu)楣聝哼M(jìn)程，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)的使用一個(gè)進(jìn)程成為孤兒進(jìn)程的父進(jìn)程。當(dāng)孤兒進(jìn)程退出時(shí)，該系統(tǒng)進(jìn)程會(huì)自動(dòng)回收孤兒，使他不會(huì)成為僵尸。所以孤兒進(jìn)程對(duì)系統(tǒng)資源沒有什么影響。