一、操作系统简单介绍

 

1、操作系统就是协调,管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序。操作系统位于计算机硬件和应用软件之间,本质也是一个软件。操作台系统由操作系统的内核(运行于内核态,管理硬件资源)以及系统调用(运行于用户态,为应用程序员写的应用程序提供系统调用接口)连部分组成,所以,单纯的说操作系统是运行于内核态的是不准确的。

 

2、操作系统的两部分功能:

1、隐藏了丑陋的硬件调用接口。为应用程序员提供调用硬件资源的更好,更简单,更清晰的模型(系统调用接口),应用程序员有了这些接口后,就不用再考虑操作硬件的细节,专心开发自己的程序即可。

2:将应用程序对硬件资源的竞态请求变得有序化

例如:很多应用软件其实是共享一套计算机硬件,比方说有可能有三个应用程序同时需要申请打印机来输出内容,那么a程序竞争到了打印机资源就打印,然后可能是b竞争到打印机资源,也可能是c,这就导致了无序,打印机可能打印一段a的内容然后又去打印c...,操作系统的一个功能就是将这种无序变得有序。

 

3、作用

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

#作用一:为应用程序提供如何使用硬件资源的抽象例如:操作系统提供了文件这个抽象概念,对文件的操作就是对磁盘的操作,有了文件我们无需再去考虑关于磁盘的读写控制

注意:
    操作系统提供给应用程序的该抽象是简单,清晰,优雅的。为何要提供该抽象呢?
    硬件厂商需要为操作系统提供自己硬件的驱动程序(设备驱动,这也是为何我们要使用声卡,就必须安装声卡驱动。。。),厂商为了节省成本或者兼容旧的硬件,它们的驱动程序是复杂且丑陋的
    操作系统就是为了隐藏这些丑陋的信息,从而为用户提供更好的接口
    这样用户使用的shell,Gnome,KDE看到的是不同的界面,但其实都使用了同一套由linux系统提供的抽象接口


#作用二:管理硬件资源
    现代的操作系统运行同时运行多道程序,操作系统的任务是在相互竞争的程序之间有序地控制对处理器、存储器以及其他I/O接口设备的分配。
例如:
    同一台计算机上同时运行三个程序,它们三个想在同一时刻在同一台计算机上输出结果,那么开始的几行可能是程序1的输出,接着几行是程序2的输出,然后又是程序3的输出,最终将是一团糟(程序之间是一种互相竞争资源的过程)
    操作系统将打印机的结果送到磁盘的缓冲区,在一个程序完全结束后,才将暂存在磁盘上的文件送到打印机输出,同时其他的程序可以继续产生更多的输出结果(这些程序的输出没有真正的送到打印机),这样,操作系统就将由竞争产生的无序变得有序化

作用

4、操作系统与普通软件的区别

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

1.主要区别是:你不想用暴风影音了你可以选择用迅雷播放器或者干脆自己写一个,但是你无法写一个属于操作系统一部分的程序(时钟中断处理程序),操作系统由硬件保护,不能被用户修改。
  2.操作系统与用户程序的差异并不在于二者所处的地位。特别地,操作系统是一个大型、复杂、长寿的软件,

    * 大型:linux或windows的源代码有五百万行数量级。按照每页50行共1000行的书来算,五百万行要有100卷,要用一整个书架子来摆置,这还仅仅是内核部分。用户程序,如GUI,库以及基本应用软件(如windows Explorer等),很容易就能达到这个数量的10倍或者20倍之多。
    * 长寿:操作系统很难编写,如此大的代码量,一旦完成,操作系统所有者便不会轻易扔掉,再写一个。而是在原有的基础上进行改进。(基本上可以把windows95/98/Me看出一个操作系统,而windows NT/2000/XP/Vista则是两位一个操作系统,对于用户来说它们十分相似。还有UNIX以及它的变体和克隆版本也演化了多年,如System V版,Solaris以及FreeBSD等都是Unix的原始版,不过尽管linux非常依照UNIX模式而仿制,并且与UNIX高度兼容,但是linux具有全新的代码基础)

操作系统与普通然间的区别

5、操作系统的发展史

第一代(1940-1955)  手工操作--穿孔卡片

第二代(1955-1965)  磁带存储 -- 批处理系统

 

为了解决大家都要排队去运行自己的程序,出现了批处理系统,2、为了解决输出和输出设备的人工操作以及高速CPU和输入输出设备之间速度的差异问题,出现了告诉磁带和脱机批处理系统 3、因为cpu的运算速度比高速磁带的读取和输出的速度要高很多,那么程序运行当中去和告诉磁带打交道,并且解决程序川航,也就是一个程序完了之后,才能执行下一个的情况,出现了多道系统。

 

第三代 (1955-1965) 多道系统处理

产生的技术背景: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,在这一段时间,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做很多其他的人去,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就会充分的利用起来了。

 

1、多道程序设计技术就是指允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存,并允许他们交替在cpu中运行,它们共享系统中的各种硬,软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时,cpu便立即转去运行另一道程序。

 

 

多道程序设计技术不仅使cpu得到充分利用,同时改善I/O设备和内存利用率。从而提高了整个系统的资源利用率和系统吞吐量(单位时间内处理作业(程序)的个数)最终提高了真个系统的效率。

 

 

单处理机系统中多道程序运行的特点:

(1)、多道:计算机内存中同时存放几道相同独立的程序;

(2)、宏观上并行:同时进入系统的几道程序都处于运行状态,即它们先后开始了各自的运行,但都未运行完毕;

(3)、微观上串行:实际上各道程序轮流的用CPU,并交替运行

 

多道系统的出现,标志着操作系统渐趋成熟的阶段,先后出现了作业调度管理、处理机管理、存储器管理,外部设备管理、文件系统管理等功能。

由于多个程序同时在计算机中运行,开始有了空间隔离的概念,才能让数据更加安全、稳定

除了空间隔离之外,多道技术还第一次体现了时空复用的特点,遇到I/O操作就切换程序,是的cpu的利用率提高了。计算机的效率也随之提高。

 

 

空间上复用:将内存分为几部分,每个部分放入一个程序,这样同一时间内存中就有了多道程序。

 

时间上的复用:当一个程序在等待I/O时,另一个程序可以使用cpu。如果内存中可以同时存放足够多的作业如,则cpu的利用率可以接近100%

 

 

2、多道批处理系统

①特点:

          1、多道:系统内可同时容纳多个作业。这些作业放在外存中,组成一个后备队列,系统按一定的调度原则每次从后被作业队列中选取一个或多个作业进入内存运行,运行作业结束,推出运行和后备作业进入运行均有系统自动实现,从而在系统中形成一个自动转接的、连续的作业流。

 

          2、成批:在系统运行过程中,不允许用户与其他作业发生交互作用,即:作业一旦进入系统,用户就不能干预其作业的运行。

 

批处理的追求目标:提高系统资源利用率和系统吞吐量,以及作业流程的自动化。

批处理的一个重要缺点:不提供人机交互能力,给用户使用计算机带来不便。

 

②两个缺点:

 

        1、时间复用上的缺点:程序员A的程序运行10分钟就能够运行结束,程序员B的程序需要运行24小时,如果程序员B的程序先运行,并且程序员B的程序没有任何I/O操作,那么程序员A的程序需要等待24个小时之后才能执行,这样就很不合理

 

        2、空间复用上的缺点:首先丧失的是安全性,比如你的qq程序可以访问操作系统的内存,这就意味着你的qq可以拿到操作系统的所有权限。其次丧失的是稳定性,某个程序奔溃的时候可能把别的程序的内存也给回收了,比如说把操作系统的内存给回收了,则操作系统奔溃。

 

为了解决空间复用上的问题:程序之间的内存必须分割,由操作系统控制,如果内存彼此不分割,则一个程序可以访问另一个程序的内存。

 

为了解决时间出现了分时系统

 

3、分时系统

 分时技术:把处理机的运行时间分成很短的时间片,按时间片轮流把处理机分配给各联机作业使用。

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

特点:
    (1)多路性。若干个用户同时使用一台计算机。微观上看是各用户轮流使用计算机;宏观上看是各用户并行工作。
    (2)交互性。用户可根据系统对请求的响应结果,进一步向系统提出新的请求。这种能使用户与系统进行人机对话的工作方式,明显地有别于批处理系统,因而,分时系统又被称为交互式系统。
    (3)独立性。用户之间可以相互独立操作,互不干扰。系统保证各用户程序运行的完整性,不会发生相互混淆或破坏现象。
    (4)及时性。系统可对用户的输入及时作出响应。分时系统性能的主要指标之一是响应时间,它是指:从终端发出命令到系统予以应答所需的时间。
    分时系统的主要目标:对用户响应的及时性,即不至于用户等待每一个命令的处理时间过长。
多用户分时系统是当今计算机操作系统中最普遍使用的一类操作系统。
        注意:分时系统的分时间片工作,在没有遇到IO操作的时候就用完了自己的时间片被切走了,这样的切换工作其实并没有提高cpu的效率,反而使得计算机的效率降低了。为什么下降了呢?因为CPU需要切换,并且记录每次切换程序执行到了哪里,以便下次再切换回来的时候能够继续之前的程序,虽然我们牺牲了一点效率,但是却实现了多个程序共同执行的效果,这样你就可以在计算机上一边听音乐一边聊qq了。

特点

4、实时系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

虽然多道批处理系统和分时系统能获得较令人满意的资源利用率和系统响应时间,但却不能满足实时控制与实时信息处理两个应用领域的需求。于是就产生了实时系统,即系统能够及时响应随机发生的外部事件,并在严格的时间范围内完成对该事件的处理。
    实时系统在一个特定的应用中常作为一种控制设备来使用。
      实时系统可分成两类:
      (1)实时控制系统。当用于飞机飞行、导弹发射等的自动控制时,要求计算机能尽快处理测量系统测得的数据,及时地对飞机或导弹进行控制,或将有关信息通过显示终端提供给决策人员。当用于轧钢、石化等工业生产过程控制时,也要求计算机能及时处理由各类传感器送来的数据,然后控制相应的执行机构。
      (2)实时信息处理系统。当用于预定飞机票、查询有关航班、航线、票价等事宜时,或当用于银行系统、情报检索系统时,都要求计算机能对终端设备发来的服务请求及时予以正确的回答。此类对响应及时性的要求稍弱于第一类。
    实时操作系统的主要特点:
      (1)及时响应。每一个信息接收、分析处理和发送的过程必须在严格的时间限制内完成。
      (2)高可靠性。需采取冗余措施,双机系统前后台工作,也包括必要的保密措施等

特点

分时——现在流行的PC,服务器都是采用这种运行模式,即把CPU的运行分成若干时间片分别处理不同的运算请求 linux系统

实时——一般用于单片机上、PLC等,比如电梯的上下控制中,对于按键等动作要求进行实时处理

 

 

 5.通用操作系统

    操作系统的三种基本类型:多道批处理系统、分时系统、实时系统。

    通用操作系统:具有多种类型操作特征的操作系统。可以同时兼有多道批处理、分时、实时处理的功能,或其中两种以上的功能。

    例如:实时处理+批处理=实时批处理系统。首先保证优先处理实时任务,插空进行批处理作业。常把实时任务称为前台作业,批作业称为后台作业。

    再如:分时处理+批处理=分时批处理系统。即:时间要求不强的作业放入“后台”(批处理)处理,需频繁交互的作业在“前台”(分时)处理,处理机优先运行“前台”作业。

    从上世纪60年代中期,国际上开始研制一些大型的通用操作系统。这些系统试图达到功能齐全、可适应各种应用范围和操作方式变化多端的环境的目标。但是,这些系统过于复杂和庞大,不仅付出了巨大的代价,且在解决其可靠性、可维护性和可理解性方面都遇到很大的困难。

    相比之下,UNIX操作系统却是一个例外。这是一个通用的多用户分时交互型的操作系统。它首先建立的是一个精干的核心,而其功能却足以与许多大型的操作系统相媲美,在核心层以外,可以支持庞大的软件系统。它很快得到应用和推广,并不断完善,对现代操作系统有着重大的影响。

    至此,操作系统的基本概念、功能、基本结构和组成都已形成并渐趋完善。

 

 

第三代 (1980-至今)  现代计算机

 

1、个人计算机操作xitong

 

2、网络操作系统

3、分布式操作系统

 

表面上看,分布式系统与计算机网络系统没有多大区别。分布式操作系统也是通过通信网络,将地理上分散的具有自治功能的数据处理系统或计算机系统互连起来,实现信息交换和资源共享,协作完成任务。——硬件连接相同。

    分布式:将一个大的任务拆分成几个小的任务,分配给不同的任务处理机制,具体怎么分配是由系统中的算法决定的,大家同时来运行自己的任务,然后各自将人物的返回结果再返回给你这个大的任务。

    但有如下一些明显的区别:

      (1)分布式系统要求一个统一的操作系统,实现系统操作的统一性。

      (2)分布式操作系统管理分布式系统中的所有资源,它负责全系统的资源分配和调度、任务划分、信息传输和控制协调工作,并为用户提供一个统一的界面。

      (3)用户通过这一界面,实现所需要的操作和使用系统资源,至于操作定在哪一台计算机上执行,或使用哪台计算机的资源,则是操作系统完成的,用户不必知道,此谓:系统的透明性。

      (4)分布式系统更强调分布式计算和处理,因此对于多机合作和系统重构、坚强性和容错能力有更高的要求,希望系统有:更短的响应时间、高吞吐量和高可靠性。

    分布式系统已经很普遍了,一般个人用不到,企业在处理比较大的任务的时候才会使用。

本篇部分博客摘自:

 

二、进程

 

  进程时计算机中程序关于某数据结婚上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中,进程是程序的基本执行实体;在当代面向线程设计的计算机结构中,进程是线程的容器。程序是指令、数据即组织形式的描述,进程是程序的实体,我们自己在python文件中写了一些代码,这叫做程序,运行这个python文件的时候,这叫做进程。

 

侠义定义:进程是正在运行的程序的实例(an instance of a computer program that is being executed)

广义定义:进程是一个具有一定独立功能的程序关于某个数据集合的一次运动活动,它是操作系统动态执行的基本单元。在传统的操作系统中,进程既是基本的分配单元,也是基本的执行单元。

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

第一,进程是一个实体。每一个进程都有它自己的地址空间,一般情况下,包括文本区域(text region)(python的文件)、数据区域(data region)(python文件中定义的一些变量数据)和堆栈(stack region)。文本区域存储处理器执行的代码;数据区域存储变量和进程执行期间使用的动态分配的内存;堆栈区域存储着活动过程调用的指令和本地变量。
第二,进程是一个“执行中的程序”。程序是一个没有生命的实体,只有处理器赋予程序生命时(操作系统执行之),它才能成为一个活动的实体,我们称其为进程。[3]
进程是操作系统中最基本、重要的概念。是多道程序系统出现后,为了刻画系统内部出现的动态情况,描述系统内部各道程序的活动规律引进的一个概念,所有多道程序设计操作系统都建立在进程的基础上。

进程的概念

进程的特征

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操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

动态性:进程的实质是程序在多道程序系统中的一次执行过程,进程是动态产生,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:进程是一个能独立运行的基本单位,同时也是系统分配资源和调度的独立单位;
异步性:由于进程间的相互制约,使进程具有执行的间断性,即进程按各自独立的、不可预知的速度向前推进
结构特征:进程由程序、数据和进程控制块三部分组成。
多个不同的进程可以包含相同的程序:一个程序在不同的数据集里就构成不同的进程,能得到不同的结果;但是执行过程中,程序不能发生改变。

进程的特征

 

进程与程序的区别

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

进程与程序的区别

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

程序是指令和数据的有序集合,其本身没有任何运行的含义,是一个静态的概念。
而进程是程序在处理机上的一次执行过程,它是一个动态的概念。
程序可以作为一种软件资料长期存在,而进程是有一定生命期的。
程序是永久的,进程是暂时的。
举例:就像qq一样,qq是我们安装在自己电脑上的客户端程序,其实就是一堆的代码文件,我们不运行qq,那么他就是一堆代码程序,当我们运行qq的时候,这些代码运行起来,就成为一个进程了。


注: 同一个进程执行两次,就会在操作系统中出现两个进程,所以我们可以同时运行一个软件,

2、进程调度

要想多个进程交替运行,操作系统必须对这些进程进行调度,这个调度也不是随即进行的,而是需要遵循一定的法则,由此就有了进程的调度算法。

先来先服务(FCFS)调度算法是一种最简单的调度算法,该算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业(进程),而不利于短作业(进程)。由此可知,本算法适合于CPU繁忙型作业,而不利于I/O繁忙型的作业(进程)。
短作业(进程)优先调度算法(SJ/PF)是指对短作业或短进程优先调度的算法,该算法既可用于作业调度,也可用于进程调度。但其对长作业不利;不能保证紧迫性作业(进程)被及时处理;作业的长短只是被估算出来的。

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

时间片轮转(Round Robin,RR)法的基本思路是让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成比例。在时间片轮转法中,需要将CPU的处理时间分成固定大小的时间片,例如,几十毫秒至几百毫秒。如果一个进程在被调度选中之后用完了系统规定的时间片,但又未完成要求的任务,则它自行释放自己所占有的CPU而排到就绪队列的末尾,等待下一次调度。同时,进程调度程序又去调度当前就绪队列中的第一个进程。

时间片轮转(Round Robin,RR)法

3、并发与并行

 

并发:是为并行,即看起来是同时运行,单个cpu+多道技术就可以实现并发,遇到I\O阻塞自动切换,是能够提高效率的并发;分时:不一定能提高效率,只是让你的程序看起来在同时运行

 

并行:多个cpu的基础商,才有并行的概念,真正的同时在运行。

 

4、进程状态介绍:

 

1、进程三状态:就绪,运行,阻塞

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_操作系统模块架构图_17

 

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

(1)就绪(Ready)状态
    当进程已分配到除CPU以外的所有必要的资源,只要获得处理机便可立即执行,这时的进程状态称为就绪状态。
  (2)执行/运行(Running)状态当进程已获得处理机,其程序正在处理机上执行,此时的进程状态称为执行状态。
  (3)阻塞(Blocked)状态正在执行的进程,由于等待某个事件发生而无法执行时,便放弃处理机而处于阻塞状态。引起进程阻塞的事件可有多种,例如,等待I/O完成、申请缓冲区不能满足、等待信件(信号)等。
    事件请求:input、sleep、文件输入输出、recv、accept等
    事件发生:sleep、input等完成了
    时间片到了之后有回到就绪状态,这三个状态不断的在转换。

详细

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统_20

2、同步异步

  同步:一个任务的完成需要依赖另一个任务时,只有等待被依赖的任务完成之后,依赖的任务才能算完成,这是一种可靠的任务序列。这是一种可靠的任务序列。要么成功都成功,失败都失败,两个任务的状态可以保持一致。其实就是一个程序结束才执行另外一个程序,串行的不一定两个程序都有依赖关系。

 

异步:不需要等待被依赖的任务完成,只是通知被依赖的任务要完成什么工作,依赖的任务也立即执行,只要自己完成了整个任务就行了。至于被依赖的任务最终是否真正完成,依赖它的任务无法确定,所以它是不可靠的任务序列。

 

 3、阻塞与非阻塞

阻塞和非阻塞这两个概念与程序(线程)等待消息通知(无所谓同步或者异步)时的状态有关。也就是说阻塞与非阻塞主要是程序(线程)等待消息通知时的状态角度来说的

阻塞的方法:input、time.sleep,socket中的recv、accept等等。

 

4.同步/异步 与 阻塞和非阻塞

    1. 同步阻塞形式

    效率最低。拿上面的例子来说,就是你专心排队,什么别的事都不做。

    2. 异步阻塞形式

    如果在排队取餐的人采用的是异步的方式去等待消息被触发(通知),也就是领了一张小纸条,假如在这段时间里他不能做其它的事情,就在那坐着等着,不能玩游戏等,那么很显然,这个人被阻塞在了这个等待的操作上面;

    异步操作是可以被阻塞住的,只不过它不是在处理消息时阻塞,而是在等待消息通知时被阻塞。

    3. 同步非阻塞形式

    实际上是效率低下的。

    想象一下你一边打着电话一边还需要抬头看到底队伍排到你了没有,如果把打电话和观察排队的位置看成是程序的两个操作的话,这个程序需要在这两种不同的行为之间来回的切换,效率可想而知是低下的。

    4. 异步非阻塞形式

    效率更高,

    因为打电话是你(等待者)的事情,而通知你则是柜台(消息触发机制)的事情,程序没有在两种不同的操作中来回切换。

    比如说,这个人突然发觉自己烟瘾犯了,需要出去抽根烟,于是他告诉点餐员说,排到我这个号码的时候麻烦到外面通知我一下,那么他就没有被阻塞在这个等待的操作上面,自然这个就是异步+非阻塞的方式了。

  很多人会把同步和阻塞混淆,是因为很多时候同步操作会以阻塞的形式表现出来,同样的,很多人也会把异步和非阻塞混淆,因为异步操作一般都不会在真正的IO操作处被阻塞。

 

5、进程的创建、结束与并发的实现

        1.进程的创建

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

1.进程的创建
    但凡是硬件,都需要有操作系统去管理,只要有操作系统,就有进程的概念,就需要有创建进程的方式,一些操作系统只为一个应用程序设计,比如微波炉中的控制器,一旦启动微波炉,所有的进程都已经存在。
    而对于通用系统(跑很多应用程序),需要有系统运行过程中创建或撤销进程的能力,主要分为4中形式创建新的进程
      1. 系统初始化(查看进程linux中用ps命令,windows中用任务管理器,前台进程负责与用户交互,后台运行的进程与用户无关,运行在后台并且只在需要时才唤醒的进程,称为守护进程,如电子邮件、web页面、新闻、打印)
      2. 一个进程在运行过程中开启了子进程(如nginx开启多进程,os.fork,subprocess.Popen等)
      3. 用户的交互式请求,而创建一个新进程(如用户双击暴风影音)
      4. 一个批处理作业的初始化(只在大型机的批处理系统中应用)
  
    无论哪一种,新进程的创建都是由一个已经存在的进程执行了一个用于创建进程的系统调用而创建的:
      1. 在UNIX中该系统调用是:fork,fork会创建一个与父进程一模一样的副本,二者有相同的存储映像、同样的环境字符串和同样的打开文件(在shell解释器进程中,执行一个命令就会创建一个子进程)
      2. 在windows中该系统调用是:CreateProcess,CreateProcess既处理进程的创建,也负责把正确的程序装入新进程。
 
    关于创建的子进程,UNIX和windows
      1.相同的是:进程创建后,父进程和子进程有各自不同的地址空间(多道技术要求物理层面实现进程之间内存的隔离),任何一个进程的在其地址空间中的修改都不会影响到另外一个进程。
      2.不同的是:在UNIX中,子进程的初始地址空间是父进程的一个副本,提示:子进程和父进程是可以有只读的共享内存区的。但是对于windows系统来说,从一开始父进程与子进程的地址空间就是不同的。

进程的创建

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

1. 正常退出(自愿,如用户点击交互式页面的叉号,或程序执行完毕调用发起系统调用正常退出,在linux中用exit,在windows中用ExitProcess)
2. 出错退出(自愿,python a.py中a.py不存在)
3. 严重错误(非自愿,执行非法指令,如引用不存在的内存,1/0等,可以捕捉异常,try...except...)
4. 被其他进程杀死(非自愿,如kill -9)

进程的结束

  3.进程并发的实现(了解)

 

进程并发的实现在于,硬件中断一个正在运行的进程,把此时进程运行的所有状态保存下来,为此,操作系统维护一张表格,即进程表(process table),每个进程占用一个进程表项(这些表项也称为进程控制块)

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_应用程序_25


 

三、multiprocess模块

       multiprocess不是一个模块二十python中一个操作、管理进程的包。之所以叫multi是曲子multiple的多功能的意思,这个保重几乎包含了和进程有关的所有子模块。由于提供的子模块非常多,大致有四种:创建进程部分,进程同步部分,进程池部分,进程之间数据共享。重点强调:进程没有任何共享状态,进程修改的数据,改动仅限于该进程内,但是通过一些特殊的方法。可以实现进程间的数据共享。

 

1、process模块

process模块是一个创建进程的模块,借助这个模块可以完成进程的创建。

Process([group[,target[,name[,args[,kwargs]]]]]),由该类实例化得到对象,表示一个子进程中的任务(尚未启动)

 

强调:

1、需要使用关键字的方式来制定参数

2、args指定的为传给target函数的位置参数,是一个元组形式,必须有逗号。

 

 

Process类中参数的介绍:

参数介绍
1、group 参数未使用值始终为None
2、target表示调用对象,即子进程要执行的任务
3、args表示调用对象的位置参数元组,args=(1,2,'egon',)
4、kwargs表示调用对象的字典,kwargs={'name':'zhouyou','age':'17'}
5、name为子进程的名称

  Process类中的各类方法介绍 

1、p.start():启动进程,并调用该子进程中的p.run()
2、p.run():进程启动时运行的方法,正是它去调用target指定的函数,我们自定义类的类中一定要实现该方法
3、p.terminate():强制终止进程p,不会进行任何清理操作,如果p创建了子进程,该进程就成了僵尸进程,使用该方法需要特别小心这种情况。如果p还保存了一个锁那么也将不会被释放,也不能join住run开启的进程
4、p.is_alive():如果p任然运行,返回True
5、p.join([timeout]):主线程等待p终止(强调:是主线程处于等的状态,二p是处于运行的状态)。timeout是可选的超时时间,需要强调的是,p.join只能join住start开启的进程,而不能join住run开启的进程

  Process类中自带封装的个属性的介绍 

1、p.daemon:默认值为False,如果设为True,代表p为后台运行的守护进程,当p的父进程终止时,p也随之停止,并且设定为True后,p不能创建自己的新进程,必须再p.start()之前设置
2、p.name  进程的名称
3、p.pid  进程的pid
4、p.exitcode  进程在运行时为None,如果为-N,表四被信号N封住了
5、p.authkey :进程的身份验证键,默认是由os.urandom()随机生成的32字符的字符串,这个键的用途时为设计网络链接的底层进程间通信提供安全性,这类连接只有再具有相同的身份验证键时才能成功

  两种进程传参方式 

from multiprocessing import Process

# 演示两种传参方式
def f1(n):
    print(n)


if __name__ == '__main__':
    p1 = Process(target=f1,args=('大力与奇迹',)) # 创建进程对像
    # p1 = Process(target=f1,kwargs={'n':'大力'}) # 创建进程对象
    p1.start() # 给操作系统发送了一个创建进程的信号,后续进程的创建都是操作系统的事
# 进程的创建方式2
from multiprocessing import Process
class MyProcess(Process):

    def __init__(self,n):
        super().__init__() # 执行父类的init
        self.n = n

    def run(self):
        print(f"周游and{self.n}是好朋友")

if __name__ == '__main__':

    p1 = MyProcess('孙祥')
    p1.start()

join方法

 

让主进程加上join的地方等待(也就是阻塞住),等待子进程执行完之后,再继续往下执行我的主进程,很多时候,我们主进程需要子进程的执行结果,所以必须要等待。join相当于将子进程和主进程拼接起来一样,将异步改为同步执行。

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

import time
from multiprocessing import Process

def f1():
    time.sleep(2)
    print('ccccc')

def f2():
    time.sleep(2)
    print('dkdkdk')

if __name__ == '__main__':

    p1 =Process(target=f1,)
    p1.start()
    print('我这里是异步') # 这里相对于子进程还是异步
    p1.join() # 主进程等待子进程运行完才继续运行,只有join的地方才会阻塞住,将子进程和主进程之间的异步改为同步

    print('p2开始')

    p2 = Process(target=f2,)
    p2.start()
    p2.join()
    print('等等的呢...等子进程...')
    print('我是主进程!!!')

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for循环创建进程

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理系统

操作系统模块架构图 操作系统功能模块_批处理_02

import time
from multiprocessing import Process

def f1(i):
    time.sleep(3)
    print(i)

if __name__ == '__main__':

    for i in range(20):
        p1 = Process(target=f1,args=(i,))
        p1.start()

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