进程

引入

从今天开始,我们步入了并发编程的内容,比如下载图片,按照之前的方式来做的话,一个图片下载完再下载另外一个图片,导致效率比较低,有了并发,我们就可以一下子同时对多个图片进行下载,效率会提高很多,学习并发编程,我们首先做一些简单的操作系统介绍。

  • 操作系统的作用
    • 隐藏丑陋复杂的硬件接口,提供良好的抽象接口
    • 管理、调度进程,并且将多个进程对硬件的竞争变得有序
  • 多道技术
    • 空间上的复用:如内存中同时有多道程序
    • 时间上的复用:复用一个cpu的时间片,充分的利用io带来的阻塞时间

进程介绍

进程的概念

进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,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、数据及其组织形式的描述,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。

通过进程之间的调度,也就是进程之间的切换,我们用户感知到的好像是两个视频文件同时在播放,或者音乐和游戏同时在进行,那就让我们来看一下什么叫做并发和并行。

并发:是伪并行,即看起来是同时运行。单个cpu+多道技术就可以实现并发,(并行也属于并发)
并行:并行:同时运行,只有具备多个cpu才能实现并行

进程_第1张图片

进程三状态

进程_第2张图片

  在了解其他概念之前,我们首先要了解进程的几个状态。在程序运行的过程中,由于被操作系统的调度算法控制,程序会进入几个状态:就绪,运行和阻塞。

  (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。

同步\异步\阻塞\非阻塞

同步和异步

所谓同步就是一个任务的完成需要依赖另外一个任务时,只有等待被依赖的任务完成后,依赖的任务才能算完成,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,不一定两个程序就有依赖关系。

所谓异步是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算完成了。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。

同步异步举例:

比如我们去楼下的老家肉饼吃饭,饭点好了,取餐的时候发生了一些同步异步的事情。
同步:我们都站在队里等着取餐,前面有个人点了一份肉饼,后厨做了很久,但是由于同步机制,我们还是要站在队里等着前面那个人的肉饼做好取走,我们才往前走一步。

异步:我们点完餐之后,点餐员给了我们一个取餐号码,跟你说,你不用在这里排队等着,去找个地方坐着玩手机去吧,等饭做好了,我叫你。这种机制(等待别人通知)就是异步等待消息通知。在异步消息处理中,等待消息通知者(在这个例子中等着取餐的你)往往注册一个回调机制,在所等待的事件被触发时由触发机制(点餐员)通过某种机制(喊号,‘250号你的包子好了‘)找到等待该事件的人。

阻塞和非阻塞

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

阻塞和非阻塞举例

继续上面的那个例子,不论是排队还是使用号码等待通知,如果在这个等待的过程中,等待者除了等待消息通知之外不能做其它的事情,那么该机制就是阻塞的,表现在程序中,也就是该程序一直阻塞在该函数调用处不能继续往下执行。
相反,有的人喜欢在等待取餐的时候一边打游戏一边等待,这样的状态就是非阻塞的,因为他(等待者)没有阻塞在这个消息通知上,而是一边做自己的事情一边等待。阻塞的方法:input、time.sleep,socket中的recv、accept等等。

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。

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。

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。

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

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