进程的理论知识

到昨天我们就结束了我们的套接字对象模块了.接下来就是新的篇章了.

本篇章介绍的是如何实现网络并发.

那讲到并发,我们就得从进程开始讲起.

网络编程

背景知识

顾名思义,进程指的是正在运行的一个过程.进程是对正在运行程序的一个抽象.

程序: 程序就是一系列的代码文件,是一个静态的概念

进程: 进程指的是程序运行的过程,是一个动态的概念

• 操作系统干活的过程
  • 一个进程说白了就是操作系统控制硬件来运行应用程序的过程
  • 所有说进程是操作系统最核心的概念,没有之一,研究进程就是在研究操作系统

所以我们想要真的了解进程,就必须先了解操作系统.

操作系统

一 操作系统的作用：

​ 1：隐藏丑陋复杂的硬件接口，提供良好的抽象接口
​ 2：管理、调度进程，并且将多个进程对硬件的竞争变得有序

二 多道技术：

1.产生背景：针对单核，实现并发

cpu在执行一个任务的过程中，若需要操作硬盘，则发送操作硬盘的指令，指令一旦发出，硬盘上的机械手臂滑动读取数据到内存中，这一段时间，cpu需要等待，时间可能很短，但对于cpu来说已经很长很长，长到可以让cpu做很多其他的任务，如果我们让cpu在这段时间内切换到去做其他的任务，这样cpu不就充分利用了吗。这正是多道技术产生的技术背景

多道技术中的多道指的是多个程序，多道技术的实现是为了解决多个程序竞争或者说共享同一个资源（比如cpu）的有序调度问题，解决方式即多路复用，多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。

ps：
现在的主机一般是多核，那么每个核都会利用多道技术
有4个cpu，运行于cpu1的某个程序遇到io阻塞，会等到io结束再重新调度，会被调度到4个
cpu中的任意一个，具体由操作系统调度算法决定。
2.空间上的复用：如内存中同时有多道程序
3.时间上的复用：复用一个cpu的时间片
强调：遇到io切，占用cpu时间过长也切，核心在于切之前将进程的状态保存下来，这样才能保证下次切换回来时，能基于上次切走的位置继续运行

分时操作系统：

多个联机终端+多道技术

20个客户端同时加载到内存，有17在思考，3个在运行，cpu就采用多道的方式处理内存中的这3个程序，由于客户提交的一般都是简短的指令而且很少有耗时长的，索引计算机能够为许多用户提供快速的交互式服务，所有的用户都以为自己独享了计算机资源

CTTS：麻省理工（MIT）在一台改装过的7094机上开发成功的，CTSS兼容分时系统，第三代计算机广泛采用了必须的保护硬件（程序之间的内存彼此隔离）之后，分时系统才开始流行

MIT，贝尔实验室和通用电气在CTTS成功研制后决定开发能够同时支持上百终端的MULTICS（其设计者着眼于建造满足波士顿地区所有用户计算需求的一台机器），很明显真是要上天啊，最后摔死了。

后来一位参加过MULTICS研制的贝尔实验室计算机科学家Ken Thompson开发了一个简易的，单用户版本的MULTICS，这就是后来的UNIX系统。基于它衍生了很多其他的Unix版本，为了使程序能在任何版本的unix上运行，IEEE提出了一个unix标准，即posix（可移植的操作系统接口Portable Operating System Interface）

后来，在1987年，出现了一个UNIX的小型克隆，即minix，用于教学使用。芬兰学生Linus Torvalds基于它编写了Linux

那介绍完了操作系统,我们就好理解进程了

进程

一. 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

二.进程和程序之间的区别

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

需要强调的是,同一个程序运行了俩次,那么这俩次都是不同的进程.

三. 什么是串行,什么是并行什么是并发

3.1 串行

概念:串行指的是一个进程一个一个的运行,即下一个进程必须得等到上一个进程结束后,才能运行.

即一条线运行.

3.2 并发和并行

无论是并发还是并行,在用户看来都是同时运行的,不管是进程还是线程,都是一个任务而已,真正干活的是cpu,cpu来做这些任务,而一个cpu在同一个时间只能做一个任务.

3.2.1并发:是伪并行,即看起来像是同时运行的,单个cpu+多道技术就可以实现并发. (并行也是并发)

你是一个cpu，你同时谈了三个女朋友，每一个都可以是一个恋爱任务，你被这三个任务共享
要玩出并发恋爱的效果，
应该是你先跟女友1去看电影，看了一会说：不好，我要拉肚子，然后跑去跟第二个女友吃饭，吃了一会说：那啥，我
去趟洗手间，然后跑去跟女友买了个衣服

3.2.2 并行:同时运行,只有具备多个cpu时才能实现并行.

单核下，可以利用多道技术，多个核，每个核也都可以利用多道技术（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，操作系统会重新调用它(需知进程的调度、分配给哪个cpu运行，由操作系统说了算)，可能被分配给四个cpu中的任意一个去执行

所有现代计算机经常会在同一时间做很多件事，一个用户的PC（无论是单cpu还是多cpu），都可以同时运行多个任务（一个任务可以理解为一个进程）。

　　　　启动一个进程来杀毒（360软件）

　　　　启动一个进程来看电影（暴风影音）

　　　　启动一个进程来聊天（腾讯QQ）

所有的这些进程都需被管理，于是一个支持多进程的多道程序系统是至关重要的

多道技术概念回顾：内存中同时存入多道（多个）程序，cpu从一个进程快速切换到另外一个，使每个进程各自运行几十或几百毫秒，这样，虽然在某一个瞬间，一个cpu只能执行一个任务，但在1秒内，cpu却可以运行多个进程，这就给人产生了并行的错觉，即伪并发，以此来区分多处理器操作系统的真正硬件并行（多个cpu共享同一个物理内存）

同步\异步and阻塞\非阻塞（重点）

同步:

概念:指的是一个进程在执行某个请求的时候,若该请求需要执行一段时间才能返回信息.那么这个进程将会一直等待下去,直到收到返回信息才能继续执行下去.

异步:

概念:异步指的是进程不需要一直等下去,而是继续执行下面的操作,不管其他进程的状态,当有信息返回时,操作系统会通知进程进行处理.这样可以提高执行的效率. 即异步是我们发出的一个请求，该请求会在后台自动发出并获取数据，然后对数据进行处理，在此过程中，我们可以继续做其他操作，不管它怎么发出请求，不关心它怎么处理数据。

以上总结起来，通俗地讲，也就是说，同步需要按部就班地走完一整个流程，完成一整个动作，打个比方：同步的时候，你在写程序，然后你妈妈叫你马上拖地，你就必须停止写程序然后拖地，没法同时进行。而异步则不需要按部就班，可以在等待那个动作的时候同时做别的动作，打个比方：你在写程序，然后你妈妈让你马上拖地，而这时你就贿赂你弟弟帮你拖地，于是结果同样是拖好地，你可以继续敲你的代码而不用管地是怎么拖的哈哈。

二：同步与异步适用的场景

就算是ajax去局部请求数据，也不一定都是适合使用异步的，比如应用程序往下执行时以来从服务器请求的数据，那么必须等这个数据返回才行，这时必须使用同步。而发送邮件的时候，采用异步发送就可以了，因为不论花了多长时间，对方能收到就好。总结得来说，就是看需要的请求的数据是否是程序继续执行必须依赖的数据

阻塞和非阻塞

阻塞和非阻塞指的是调用者（程序）在等待返回结果（或输入）时的状态。阻塞时，在调用结果返回前，当前线程会被挂起，并在得到结果之后返回。非阻塞时，如果不能立刻得到结果，则该调用者不会阻塞当前线程。因此对应非阻塞的情况，调用者需要定时轮询查看处理状态。

引用>>>:https://blog.csdn.net/hguisu/article/details/7453390

在进行网络编程时，我们常常见到同步(Sync)/异步(Async)，阻塞(Block)/非阻塞(Unblock)四种调用方式：


同步/异步主要针对C端: 
同步：
      所谓同步，就是在c端发出一个功能调用时，在没有得到结果之前，该调用就不返回。也就是必须一件一件事做,等前一件做完了才能做下一件事。


例如普通B/S模式（同步）：提交请求->等待服务器处理->处理完毕返回 这个期间客户端浏览器不能干任何事

异步：
      异步的概念和同步相对。当c端一个异步过程调用发出后，调用者不能立刻得到结果。实际处理这个调用的部件在完成后，通过状态、通知和回调来通知调用者。

     例如 ajax请求（异步）: 请求通过事件触发->服务器处理（这是浏览器仍然可以作其他事情）->处理完毕


阻塞/非阻塞主要针对S端:

阻塞
     阻塞调用是指调用结果返回之前，当前线程会被挂起（线程进入非可执行状态，在这个状态下，cpu不会给线程分配时间片，即线程暂停运行）。函数只有在得到结果之后才会返回。



     有人也许会把阻塞调用和同步调用等同起来，实际上他是不同的。对于同步调用来说，很多时候当前线程还是激活的，只是从逻辑上当前函数没有返回而已。 例如，我们在socket中调用recv函数，如果缓冲区中没有数据，这个函数就会一直等待，直到有数据才返回。而此时，当前线程还会继续处理各种各样的消息。

   快递的例子：比如到你某个时候到A楼一层（假如是内核缓冲区）取快递，但是你不知道快递什么时候过来，你又不能干别的事，只能死等着。但你可以睡觉（进程处于休眠状态），因为你知道快递把货送来时一定会给你打个电话（假定一定能叫醒你）。


非阻塞
      非阻塞和阻塞的概念相对应，指在不能立刻得到结果之前，该函数不会阻塞当前线程，而会立刻返回。

     还是等快递的例子：如果用忙轮询的方法，每隔5分钟到A楼一层(内核缓冲区）去看快递来了没有。如果没来，立即返回。而快递来了，就放在A楼一层，等你去取。


对象的阻塞模式和阻塞函数调用
对象是否处于阻塞模式和函数是不是阻塞调用有很强的相关性，但是并不是一一对应的。阻塞对象上可以有非阻塞的调用方式，我们可以通过一定的API去轮询状 态，在适当的时候调用阻塞函数，就可以避免阻塞。而对于非阻塞对象，调用特殊的函数也可以进入阻塞调用。函数select就是这样的一个例子。


1. 同步，就是我客户端（c端调用者）调用一个功能，该功能没有结束前，我（c端调用者）死等结果。
2. 异步，就是我（c端调用者）调用一个功能，不需要知道该功能结果，该功能有结果后通知我（c端调用者）即回调通知。

同步/异步主要针对C端, 但是跟S端不是完全没有关系，同步/异步机制必须S端配合才能实现.同步/异步是由c端自己控制,但是S端是否阻塞/非阻塞, C端完全不需要关心.


3. 阻塞，      就是调用我（s端被调用者，函数），我（s端被调用者，函数）没有接收完数据或者没有得到结果之前，我不会返回。
4. 非阻塞，  就是调用我（s端被调用者，函数），我（s端被调用者，函数）立即返回，通过select通知调用者



同步IO和异步IO的区别就在于：数据访问的时候进程是否阻塞！

阻塞IO和非阻塞IO的区别就在于：应用程序的调用是否立即返回！


同步和异步都只针对于本机SOCKET而言的。
同步和异步,阻塞和非阻塞,有些混用,其实它们完全不是一回事,而且它们修饰的对象也不相同。
阻塞和非阻塞是指当server端的进程访问的数据如果尚未就绪,进程是否需要等待,简单说这相当于函数内部的实现区别,也就是未就绪时是直接返回还是等待就绪;

而同步和异步是指client端访问数据的机制,同步一般指主动请求并等待I/O操作完毕的方式,当数据就绪后在读写的时候必须阻塞(区别就绪与读写二个阶段,同步的读写必须阻塞),异步则指主动请求数据后便可以继续处理其它任务,随后等待I/O,操作完毕的通知,这可以使进程在数据读写时也不阻塞。(等待"通知")

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：

　　1. 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。

　　2. 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'

　　执行程序tail，开启一个子进程，执行程序grep，开启另外一个子进程，两个进程之间基于管道'|'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命令都无法运行

　　其实在两种情况下会导致一个进程在逻辑上不能运行，

　　1. 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

　　2. 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。

　　因而一个进程由三种状态

该章节主要是介绍了网络并发编程的基础篇