Linux之进程管理篇(1)

初识进程

1.1 进程

进程：是具有独立功能的一次运行过程，是系统进行资源分配和调度的基本单位。Linux创建新进程时会为其指定和一个唯一的号码，即进程号(PID),以此区别不同的进程。进程不是程序（程序：执行特定任务的一串代码），但由程序产生。程序时一系列指令的集合，是静态的概念；而进程是程序的一次执行过程，是动态的概念。程序长期保存；而进程只能暂时存在，动态的产生，变化和消亡。进程与程序并不一一对应，一个程序可以启动多个进程，一个进程可以调用多个程序。是程序的副本，是有生命周期的。

1.2 进程的特征

具有的特征：
动态性：进程是程序的一次执行过程，是临时的，有生命期的，是动态产生，动态消亡的；
并发性：任何进程都可以同其他进程一起并发执行；
独立性：进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位；
结构性：进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。

1.3 进程的状态

Linux中的进程有以下几种基本状态。

就绪状态：进程已获得除CPU以外的运行所需的全部资源。

运行状态：进程占用CPU正在运行。

等待状态：进程正在等待某一事件或某一资源。

除了以上3中基本状态以外，Linux中的进程还有以下状态

挂起状态：正在运行的进程因为某个原因失去CPU而暂时停止运行。

终止状态：进程已经结束。

休眠状态：进程主动暂时停止运行。

僵死状态：僵尸态，结束进程，父进程结束前，子进程不关闭，杀死父进程可以关闭僵死态的子进程，简单来说就是进程已经停止运行，但是相关控制信息依旧保留。

拓展：僵尸进程
一个进程结束了，但是如果该进程的父进程已经先结束了，那么该进程就不会变成僵尸进程，因为每个进程结束的时候，系统都会扫描当前系统中所运行的所有进程，看有没有哪个进程是刚刚结束的这个进程的子进程，如果是的话，就由Init来接管它，成为它的父进程，子进程退出后init会回收其占用的相关资源。但是当子进程比父进程先结束，而父进程又没有回收子进程，释放子进程占用的资源，此时子进程将成为一个僵尸进程。

父进程退出子进程没有退出那么这些子进程就没有父进程来管理了，就变成僵尸进程。此时子进程已经结束了，父进程没有意识到。

1.4 进程的优先级

根据进程所处状态，按时间顺序排列成不同的队列。系统按照一定的策略调度就绪队列中的进程。如果需要尽快完成某个进程的运行，可以通过修改进程的优先级改变它在队列中的排列顺序。

启动进程的用户或者超级用户可以修改进程的优先级，但普通用户只能调低优先级，超级用户既可以调低也可以调高优先级。进程优先级的取值为 -20--19 之间的整数，取值越低，优先级越高，默认为0。

1.5 进程，线程与协程-----各有千秋

进程上述有详解，下面具体介绍线程，协程。

1.5.1 线程

在早期的操作系统中并没有线程的概念，进程是能拥有资源和独立运行的最小单位，也是程序执行的最小单位。任务调度采用的是时间片轮转的抢占式调度方式，而进程是任务调度的最小单位，每个进程有各自独立的一块内存，使得各个进程之间内存地址相互隔离。后来，随着计算机的发展，对CPU的要求越来越高，进程之间的切换开销较大，已经无法满足越来越复杂的程
序的要求了。于是就发明了线程。线程是程序执行中一个单一的顺序控制流程，是程序执行流的最小单元，是处理器调度和分派的基本单位。一个进程可以有一个或多个线程，各个线程之间共享程序的内存空间(也就是所在进程的内存空间)。一个标准的线程由线程ID、当前指令指针(PC)、寄存器和堆栈组成。而进程由内存空间(代码、数据、进程空间、打开的文件)和一个或多个线程组成。

1.5.2 协程

协程，英文Coroutines，是一种基于线程之上，但又比线程更加轻量级的存在，这种由程序员自己写程序来管理的轻量级线程叫做『用户空间线程』，具有对内核来说不可见的特性。
因为是自主开辟的异步任务，所以很多人也更喜欢叫它们纤程（Fiber），或者绿色线程
（GreenThread）。正如一个进程可以拥有多个线程一样，一个线程也可以拥有多个协程。协程的目的在传统的J2EE系统中都是基于每个请求占用一个线程去完成完整的业务逻辑（包括事务）。所以系统的吞吐能力取决于每个线程的操作耗时。如果遇到很耗时的I/O行为，则整个系统的吞吐立刻下降，因为这个时候线程一直处于阻塞状态，如果线程很多的时候，会存在很多线程处于空闲状态（等待该线程执行完才能执行），造成了资源应用不彻底。
最常见的例子就是JDBC（它是同步阻塞的），这也是为什么很多人都说数据库是瓶颈的原因。这里的耗时其实是让CPU一直在等待I/O返回，说白了线程根本没有利用CPU去做运算，而是处于空转状态。而另外过多的线程，也会带来更多的ContextSwitch开销。对于上述问题，现阶段行业里的比较流行的解决方案之一就是单线程加上异步回调。其代表派是node.js以及Java里的新秀Vert.x。而协程的目的就是当出现长时间的I/O操作时，通过让出目前的协程调度，执行下一个任务的方式，来消除ContextSwitch上的开销。

协程的特点
线程的切换由操作系统负责调度，协程由用户自己进行调度，因此减少了上下文切换，提高了效率。
线程的默认Stack大小是1M，而协程更轻量，接近1K。因此可以在相同的内存中开启更多的协程。
由于在同一个线程上，因此可以避免竞争关系而使用锁。
适用于被阻塞的，且需要大量并发的场景。但不适用于大量计算的多线程，遇到此种情况，更好实用线程去解决。
协程的原理
当出现IO阻塞的时候，由协程的调度器进行调度，通过将数据流立刻yield掉（主动让出），并且记录当前栈上的数据，阻塞完后立刻再通过线程恢复栈，并把阻塞的结果放到这个线程上去跑，这样看上去好像跟写同步
代码没有任何差别，这整个流程可以称为coroutine，而跑在由coroutine负责调度的线程称为Fiber。比如Golang里的 go关键字其实就是负责开启一个Fiber，让func逻辑跑在上面。
由于协程的暂停完全由程序控制，发生在用户态上；而线程的阻塞状态是由操作系统内核来进行切换，发生在内核态上。因此，协程的开销远远小于线程的开销，也就没有了ContextSwitch上的开销。

1.5.3 进程与线程的区别

线程是程序执行的最小单位，而进程是操作系统分配资源的最小单位；
一个进程由一个或多个线程组成，线程是一个进程中代码的不同执行路线；
进程之间相互独立，但同一进程下的各个线程之间共享程序的内存空间(包括代码段、数据集、堆等)及一些进程级的资源(如打开文件和信号)，某进程内的线程在其它进程不可见；
调度和切换：线程上下文切换比进程上下文切换要快得多。