python入门开发学习笔记之进程理论-白红宇的个人博客

python入门开发学习笔记之进程理论

发布日期：2025-05-13 01:23:48 浏览次数：2 分类：精选文章

本文共 1358 字，大约阅读时间需要 4 分钟。

本节重点

掌握什么是进程，掌握并发与并行，了解进程创建的方式，掌握进程的三种状态。

本节时长需控制在30分钟内

一、什么是进程

进程可以被定义为正在运行的任务或过程，而执行这些任务的核心就是CPU。进程是程序执行的具体实例，一个程序可以有多个进程在运行。例如，打开同一个浏览器窗口，播放不同的视频，实际上是两个独立的进程。

二、进程与程序的区别

程序仅仅是一堆代码的集合，而进程是程序运行的具体实例。进程是程序执行的过程，包含程序运行时的状态和资源占用。

举例：

假设一个计算机科学家在厨房里烘制生日蛋糕，他根据食谱（程序）进行操作。原料、烘箱等是输入数据，科学家阅读食谱、取原料并烘制蛋糕的动作构成了进程。同一食谱可以执行多次，但每次都是独立的进程。

三、并发与并行

从用户角度来看，无论是并行还是并发，都是看起来同时运行的。

并发（Pseudoparallelism）：

并发是伪并行，任务看起来是同时运行，但实际上是通过时间片轮转或多道技术来实现的。例如，多任务处理在单核系统中通过多道技术实现并发执行。

并行（True Parallelism）：

并行需要多个核同时执行多个任务，只有具备多个CPU才能实现并行。每个核都可以通过多道技术进一步提升资源利用率。

四、进程的创建

进程的创建是操作系统的重要功能，主要通过以下方式实现：

系统初始化：

系统启动时，会预先创建初始进程（如初始进程init），负责启动其他进程。

子进程创建：

父进程通过调用fork或CreateProcess创建子进程。

用户交互：

用户操作（如双击启动程序）触发进程创建。

批处理作业：

在大型机的批处理系统中，批处理作业初始化时会直接创建多个进程。

五、进程的终止

进程终止是操作系统管理的重要功能，主要有以下几种方式：

正常退出：

进程自愿终止，例如用户点击关闭按钮或程序正常结束。

出错退出：

进程因错误（如文件不存在）自愿终止。

严重错误：

进程因非法操作（如越界）被强制终止。

被其他进程杀死：

进程被外部命令（如kill -9）强制终止。

六、进程的层次结构

在不同的操作系统中，进程层次结构有所不同：

UNIX：

所有进程都以init进程为根，形成树形结构。父子进程组成进程组，信号会同时通知进程组中的所有成员。

Windows：

Windows操作系统中没有严格的进程层次，进程之间通过句柄进行通信。

七、进程的状态

进程在运行时可以处于三种状态：

就绪态（Ready）：

进程等待CPU资源或I/O完成。

运行态（Running）：

CPU正在执行进程的指令。

阻塞态（Blocked）：

进程因I/O等待而无法继续执行。

示例：

执行命令tail -f access.log | grep '404'，tail和grep各自开启一个进程。grep在等待输入时处于阻塞状态，无法继续运行。

八、进程的实现

进程并发的实现依赖于操作系统的进程调度和多道技术：

进程表（Process Table）：

操作系统维护进程表，存储每个进程的状态和资源信息。

中断机制：

CPU在处理I/O任务时会暂停当前进程，保存状态，等待I/O完成后重新调度。

通过理解进程的定义、创建方式及其状态，能够更好地掌握操作系统的核心原理。

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