1、行程概念
顧名思義，行程即正在執行的一個程序，行程是對正在運行程式的一個抽象，行程的概念起源于作業系統，是作業系統最核心的概念，也是作業系統提供的最古老也是最重要的抽象概念之一，作業系統的其他所有內容都是圍繞行程的概念展開的，
行程（Process）是計算機中的程式關于某資料集合上的一次運行活動，是系統進行資源分配和調度的基本單位，是作業系統結構的基礎，在早期面向行程設計的計算機結構中，行程是程式的基本執行物體；在當代面向執行緒設計的計算機結構中，行程是執行緒的容器，程式是指令、資料及其組織形式的描述，行程是程式的物體，
狹義定義：行程是正在運行的程式的實體（an instance of a computer program that is being executed），
廣義定義：行程是一個具有一定獨立功能的程式關于某個資料集合的一次運行活動，它是作業系統動態執行的基本單元，在傳統的作業系統中，行程既是基本的分配單元，也是基本的執行單元，
第一，行程是一個物體，每一個行程都有它自己的地址空間，一般情況下，包括文本區域（text region）、資料區域（data region）和堆疊（stack region），文本區域存盤處理器執行的代碼；資料區域存盤變數和行程執行期間使用的動態分配的記憶體；堆疊區域存盤著活動程序呼叫的指令和本地變數，
第二，行程是一個“執行中的程式”，程式是一個沒有生命的物體，只有處理器賦予程式生命時（作業系統執行之），它才能成為一個活動的物體，我們稱其為行程，
行程是作業系統中最基本、重要的概念，是多道程式系統出現后，為了刻畫系統內部出現的動態情況，描述系統內部各道程式的活動規律引進的一個概念,所有多道程式設計作業系統都建立在行程的基礎上，
2、行程的特性
動態性：行程的實質是程式在多道程式系統中的一次執行程序，行程是動態產生，動態消亡的，
并發性：任何行程都可以同其他行程一起并發執行，
獨立性：行程是一個能獨立運行的基本單位，同時也是系統分配資源和調度的獨立單位；
異步性：由于行程間的相互制約，使行程具有執行的間斷性，即行程按各自獨立的、不可預知的速度向前推進，
結構特征：行程由程式、資料和行程控制塊三部分組成，
多個不同的行程可以包含相同的程式：一個程式在不同的資料集里就構成不同的行程，能得到不同的結果；但是執行程序中，程式不能發生改變，
3、程式與行程(計算機中最小的資源分配單位)
程式是指令和資料的有序集合，其本身沒有任何運行的含義，是一個靜態的概念，
而行程是程式在處理機上的一次執行程序，它是一個動態的概念，
程式可以作為一種軟體資料長期存在，而行程是有一定生命期的，
程式是永久的，行程是暫時的，
# 運行的程式就是行程
# 行程與行程之間的資料是隔離的
4、行程的調度(由作業系統完成的)
被作業系統調度的，每個行程中至少有一個執行緒，在行程中，有一條執行緒是負責具體的執行程式的，
要想多個行程交替運行，作業系統必須對這些行程進行調度，這個調度也不是隨即進行的，而是需要遵循一定的法則，由此就有了行程的調度演算法，
（1）短作業優先演算法
短作業（行程）優先調度演算法（SJ/PF）是指對短作業或短行程優先調度的演算法，該演算法既可用于作業調度，也可用于行程調度，但其對長作業不利；不能保證緊迫性作業（行程）被及時處理；作業的長短只是被估算出來的，
（2）先來先服務演算法（FIFS）
先來先服務（FCFS）調度演算法是一種最簡單的調度演算法，該演算法既可用于作業調度，也可用于行程調度，FCFS演算法比較有利于長作業（行程），而不利于短作業（行程），由此可知，本演算法適合于CPU繁忙型作業，而不利于I/O繁忙型的作業（行程），
（3）時間片輪轉演算法
時間片輪轉(Round Robin，RR)法的基本思路是讓每個行程在就緒佇列中的等待時間與享受服務的時間成比例，在時間片輪轉法中，需要將CPU的處理時間分成固定大小的時間片，例如，幾十毫秒至幾百毫秒，如果一個行程在被調度選中之后用完了系統規定的時間片，但又未完成要求的任務，則它自行釋放自己所占有的CPU而排到就緒佇列的末尾，等待下一次調度，同時，行程調度程式又去調度當前就緒佇列中的第一個行程，
顯然，輪轉法只能用來調度分配一些可以搶占的資源，這些可以搶占的資源可以隨時被剝奪，而且可以將它們再分配給別的行程，CPU是可搶占資源的一種，但列印機等資源是不可搶占的，由于作業調度是對除了CPU之外的所有系統硬體資源的分配，其中包含有不可搶占資源，所以作業調度不使用輪轉法，
在輪轉法中，時間片長度的選取非常重要，首先，時間片長度的選擇會直接影響到系統的開銷和回應時間，如果時間片長度過短，則調度程式搶占處理機的次數增多，這將使行程背景關系切換次數也大大增加，從而加重系統開銷，反過來，如果時間片長度選擇過長，例如，一個時間片能保證就緒佇列中所需執行時間最長的行程能執行完畢，則輪轉法變成了先來先服務法，時間片長度的選擇是根據系統對回應時間的要求和就緒佇列中所允許最大的行程數來確定的，
在輪轉法中，加入到就緒佇列的行程有3種情況：
第一種是分給它的時間片用完，但行程還未完成，回到就緒佇列的末尾等待下次調度去繼續執行，
第二種情況是分給該行程的時間片并未用完，只是因為請求I/O或由于行程的互斥與同步關系而被阻塞，當阻塞解除之后再回到就緒佇列，
第三種情況就是新創建行程進入就緒佇列，
如果對這些行程區別對待，給予不同的優先級和時間片從直觀上看，可以進一步改善系統服務質量和效率，例如，我們可把就緒佇列按照行程到達就緒佇列的型別和行程被阻塞時的阻塞原因分成不同的就緒佇列，每個佇列按FCFS原則排列，各佇列之間的行程享有不同的優先級，但同一佇列內優先級相同，這樣，當一個行程在執行完它的時間片之后，或從睡眠中被喚醒以及被創建之后，將進入不同的就緒佇列，
（4）多級反饋演算法
前面介紹的各種用作行程調度的演算法都有一定的局限性，如短行程優先的調度演算法，僅照顧了短行程而忽略了長行程，而且如果并未指明行程的長度，則短行程優先和基于行程長度的搶占式調度演算法都將無法使用，
而多級反饋佇列調度演算法則不必事先知道各種行程所需的執行時間，而且還可以滿足各種型別行程的需要，因而它是目前被公認的一種較好的行程調度演算法，在采用多級反饋佇列調度演算法的系統中，調度演算法的實施程序如下所述，
(1) 應設定多個就緒佇列，并為各個佇列賦予不同的優先級，第一個佇列的優先級最高，第二個佇列次之，其余各佇列的優先權逐個降低，該演算法賦予各個佇列中行程執行時間片的大小也各不相同，在優先權愈高的佇列中，為每個行程所規定的執行時間片就愈小，例如，第二個佇列的時間片要比第一個佇列的時間片長一倍，……，第i+1個佇列的時間片要比第i個佇列的時間片長一倍，
(2) 當一個新行程進入記憶體后，首先將它放入第一佇列的末尾，按FCFS原則排隊等待調度，當輪到該行程執行時，如它能在該時間片內完成，便可準備撤離系統；如果它在一個時間片結束時尚未完成，調度程式便將該行程轉入第二佇列的末尾，再同樣地按FCFS原則等待調度執行；如果它在第二佇列中運行一個時間片后仍未完成，再依次將它放入第三佇列，……，如此下去，當一個長作業(行程)從第一佇列依次降到第n佇列后，在第n 佇列便采取按時間片輪轉的方式運行，
(3) 僅當第一佇列空閑時，調度程式才調度第二佇列中的行程運行；僅當第1～(i-1)佇列均空時，才會調度第i佇列中的行程運行，如果處理機正在第i佇列中為某行程服務時，又有新行程進入優先權較高的佇列(第1～(i-1)中的任何一個佇列)，則此時新行程將搶占正在運行行程的處理機，即由調度程式把正在運行的行程放回到第i佇列的末尾，把處理機分配給新到的高優先權行程，
5、行程的并行、并發、同步、異步、阻塞、非阻塞
（1）并發與并行
并行：多個程式同時被CPU執行，
并發：多個程式看起來在同時運行，指資源有限的情況下，交替輪流使用資源，目的是提高效率，
# 區別:
并行是從微觀上，也就是在一個精確的時間片刻，有不同的程式在執行，這就要求必須有多個處理器，
并發是從宏觀上，在一個時間段上可以看出是同時執行的，比如一個服務器同時處理多個session，
（2）同步與異步
同步：一個程式執行程序中再呼叫另一個，并且在呼叫的程序中還要等待這個程式執行完畢
異步：一個程式在執行程序中呼叫了另一個，但是不等待這個任務完畢，就繼續執行start
# 區別
同步：當一個任務的完成需要依賴另外一個任務時，只有等待被依賴的任務完成后，依賴的任務才能算完成，這是一種可靠的任務序列，要么成功都成功，失敗都失敗，兩個任務的狀態可以保持一致，
異步：是不需要等待被依賴的任務完成，只是通知被依賴的任務要完成什么作業，依賴的任務也立即執行，只要自己完成了整個任務就算完成了，至于被依賴的任務最終是否真正完成，依賴它的任務無法確定，所以它是不可靠的任務序列，
（3）阻塞與非阻塞
阻塞：CPU不作業
非阻塞：CPU作業
（4）同步 / 異步 與 阻塞 / 非阻塞
<1> 同步阻塞形式
效率最低，就比如你在排隊時，只能專心排隊，什么別的事都不做，
<2> 異步阻塞形式
異步操作是可以被阻塞住的，只不過它不是在處理訊息時阻塞，而是在等待訊息通知時被阻塞，就比如你在排隊時，可以干別的事，但不能出佇列，
<3> 同步非阻塞形式
實際上是效率低下的，就比如在排隊時你一邊打著電話一邊還需要抬頭看到底隊伍排到你了沒有，如果把打電話和觀察排隊的位置看成是程式的兩個操作的話，這個程式需要在這兩種不同的行為之間來回的切換，效率可想而知是低下的，
<4> 異步非阻塞形式
效率更高，就比如在排隊時，突然發覺自己要去wc，于是讓你前面的人幫你占一下位置，那么你就沒有被阻塞在這個等待的操作上面，自然這個就是異步+非阻塞的方式了，
很多人會把同步和阻塞混淆，是因為很多時候同步操作會以阻塞的形式表現出來，同樣的，很多人也會把異步和非阻塞混淆，因為異步操作一般都不會在真正的IO操作處被阻塞，
6、行程的啟動、銷毀
（1）行程的啟動
對于通用系統（能夠跑很多應用程式）需要系統在運行程序中有創建或撤銷行程的能力,主要分為4種形式創建新的行程：
- 系統初始化
- 一個行程在運行程序中開啟了子行程（如nginx開啟多行程，os.fork,subprocess.Popen等）
- 用戶的互動式請求，而創建一個新行程（如用戶雙擊應用軟體）
- 一個批處理作業的初始化（只在大型機的批處理系統中應用）
無論哪一種，新行程的創建都是由一個已經存在的行程執行了一個用于創建行程的系統呼叫而創建的，負責啟動一個行程的程式，被稱為父行程，被啟動的行程，被稱為一個子行程
# 創建行程
1. 在UNIX中該系統呼叫是：fork，fork會創建一個與父行程一模一樣的副本，二者有相同的存盤映像、同樣的環境字串和同樣的打開檔案（在shell解釋器行程中，執行一個命令就會創建一個子行程）
2. 在windows中該系統呼叫是：CreateProcess，CreateProcess既處理行程的創建，也負責把正確的程式裝入新行程，
# 關于創建子行程，UNIX和windows
1.相同的是：行程創建后，父行程和子行程有各自不同的地址空間（多道技術要求物理層面實作行程之間記憶體的隔離），任何一個行程的在其地址空間中的修改都不會影響到另外一個行程，
2.不同的是：在UNIX中，子行程的初始地址空間是父行程的一個副本，提示：子行程和父行程是可以有只讀的共享記憶體區的，但是對于windows系統來說，從一開始父行程與子行程的地址空間就是不同的，
## 查看行程linux中用ps命令，windows中用任務管理器，前臺行程負責與用戶互動，后臺運行的行程與用戶無關，運行在后臺并且只在需要時才喚醒的行程，稱為守護行程，如電子郵件、web頁面、新聞、列印
（2）行程的銷毀
- 正常退出（自愿，如用戶點擊互動式頁面的叉號，或程式執行完畢呼叫發起系統呼叫正常退出，在linux中用exit，在windows中用ExitProcess）
- 出錯退出（自愿，python a.py中a.py不存在）
- 嚴重錯誤（非自愿，執行非法指令，如參考不存在的記憶體，1/0等，可以捕捉例外，try...except...）
- 被其他行程殺死（非自愿，如kill -9）(在父行程結束子行程)
# 查看當前行程的行程ID
import os
print(os.getpid()) # 查看當前行程的行程id
print(os.getppid()) # parent process id # 查看當前行程的父行程id
# 父子行程：
- 父行程開啟子行程
- 父行程還要負責對結束的子行程進行資源的回收
# 行程id ——>processid ——>pid
- 在同一臺機器上，同一時刻，不可能有兩個重復的行程id
- 行程id不能設定，是作業系統隨機分配的
- 行程id隨著多次運行一個程式可能會被多次分配，每一次都不一樣
7、行程的三種狀態
? 就緒(ready) 運行(run) 阻塞(block)
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