PHP 进程详解
PHP 進程詳解
如下內(nèi)容從《操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計原理》中總結(jié)提煉得出，刪除了大部分對于理解進程有干擾的文字，對進程知識結(jié)構(gòu)進行的梳理。幾乎所有內(nèi)容為按照書本上摘抄下來的，我目前還總結(jié)提煉不出像作者這么深刻的見解。那么就先學習等完全理解透了，再用自己的語言表達出來。它山之石，可以攻玉。
進程的概念是操作系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。Multics的設(shè)計者在20世紀60年代首次使用了這個技術(shù)詞語,它比作業(yè)更通用一些。關(guān)于進程的定義，如下所示：
1.一個正在執(zhí)行的程序。
2.計算機中正在運行的程序的一個實例。
3.可以分配給處理器并由處理器執(zhí)行的一個實體。
4.由單一的順序的執(zhí)行線程、一個當前狀態(tài)和一組相關(guān)的系統(tǒng)資源所描述的活動單元。
也可以把進程當成由一組元素組成的實體，進程的兩個基本的元素是程序代碼（可能被執(zhí)行相同程序的其他進程共享）和代碼相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)集。假設(shè)處理器開始執(zhí)行這個程序代碼，且我們把這個執(zhí)行實體叫做叫做進程。在進程執(zhí)行時，任意給定一個時間，進程都可以唯一的被表征為以下元素。
1.標識符：跟這個進程相關(guān)的唯一標識符，用來區(qū)別其他進程。2、狀態(tài)：如果進程正在執(zhí)行，那么進程處于運行態(tài)。
3、優(yōu)先級：相對于其他進程的優(yōu)先級
4、內(nèi)存指針：包括程序代碼和進程相關(guān)數(shù)據(jù)的指針，還有和其他進程共享內(nèi)存塊的指針。
5、上下文數(shù)據(jù)：進程執(zhí)行時處理器的寄存器中的數(shù)據(jù)。
6、I/O 狀態(tài)信息：包括顯示的I/O操作。分配給進程的I/O設(shè)備（例如磁帶驅(qū)動器）和被進程使用的文件列表等。
7、記賬信息：可能包括處理器時間綜合、使用的是時鐘數(shù)總和、時間限制、記賬號等。
如下圖：
1、為什么設(shè)計了進程？
設(shè)計出一個能夠協(xié)調(diào)各種不同活動的系統(tǒng)軟件是非常困難的。在任何時刻都有許多作業(yè)在運行中,每個作業(yè)都包括要求按照順序執(zhí)行的很多步驟，因此分析時間的序列組合是不可的。由于缺乏能夠在所有活動中進行協(xié)調(diào)和合作的系統(tǒng)級的方法，程序員只能基于他們對操作系統(tǒng)所控制的環(huán)境的理解，采用自己的特殊方法。然而這種方法是很脆弱的，尤其對于一些程序設(shè)計中的小錯誤，因為這些錯誤只有在很少見的時間序列發(fā)生時才會出現(xiàn)。由于需要從應用程序軟件錯誤和硬件錯誤中區(qū)分出這些錯誤，因而診斷工作是很困難的。及時檢測出錯誤，也很難確定原因，因為很難在線錯誤產(chǎn)生的精確場景。一般而言，產(chǎn)生這類錯誤的4個主要原因如下：
1.不正確同步
2.失敗互斥。
3.不確定的程序操作
4.死鎖
以上詳細描述請參閱：《操作系統(tǒng)精髓與設(shè)計原理》第六版第二章或查看網(wǎng)頁版】
解決這些問題需要一種系統(tǒng)級別的方法監(jiān)控處理器中不同程序的執(zhí)行。進程的概念為
此提供了基礎(chǔ)。
因此進程可以看做是由三部分組成的：
1.一段可以執(zhí)行的程序
2.程序所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)
3.程序的執(zhí)行上下文
2、了解進程執(zhí)行上下文
執(zhí)行上下文是進程的重重之中。執(zhí)行上下文(execution context) 又稱作進程狀態(tài)（process state），是操作系統(tǒng)用來管理和控制進程所需的內(nèi)部數(shù)據(jù)。這種內(nèi)部信息和進程是分開的，因為操作系統(tǒng)信息不允許被進程直接訪問。上下文包括操作系統(tǒng)管理進程以及處理器正確執(zhí)行進程所需要的所有信息。包括了各種處理器寄存器的內(nèi)容，如程序計數(shù)器和數(shù)據(jù)寄存器。它還包括操作系統(tǒng)使用的信息，如進程優(yōu)先級以及進程是否在等待特定 I/O事件的完成。
圖1 兩個進程A 和B ,存在于內(nèi)存中某部分。也就是說給每個進程（包含程序、數(shù)據(jù)和上下文信息）分配一塊存儲器區(qū)域，并且在由操作系統(tǒng)建立和維護的進程表中進行記錄。進程表中包含記錄每個進程的表現(xiàn)，表項內(nèi)容包括指向包含進程的存儲塊地址的指針，還包括該進程的部分或全部執(zhí)行上下文。指向上下文的其余部分存放在別處，可能和進程自己保存在一起，通常也可能保存在內(nèi)存里一塊獨立的區(qū)域中。進程索引寄存器（process index register） 包含當前正在控制處理器的進程在進程表中的索引。程序計數(shù)器指向該進程中下一條待執(zhí)行的指令。基址寄存器(base register) 和界限寄存器（limit register） 定義了該進程所占據(jù)的存儲器區(qū)域：基址寄存器中保存了該存儲器區(qū)域的開始地址，界限寄存器中保存了該區(qū)域的大小（以字節(jié)或字為單位）。程序計數(shù)器和所有的數(shù)據(jù)引用相對于基址寄存器被解釋，并且不能超過界限寄存器中的值，這就可以保護內(nèi)部進程間不會相互干涉。（解決了互斥的問題）
圖1進程索引寄存器表明進程B正在執(zhí)行。以前執(zhí)行的進程被臨時中斷，在A中斷的同時，所有的寄存器的內(nèi)容被記錄在它執(zhí)行上下文環(huán)境中，以后操作系統(tǒng)就可以執(zhí)行進程切換，恢復進程A的執(zhí)行。進程切換過程包括保存B的上下文和恢復A的上下文。當在程序計數(shù)器中載入指向A的程序區(qū)域的值時，進程A自動恢復執(zhí)行。
因此進程被當做數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。一個進程可以是正在執(zhí)行，也可是等待執(zhí)行。任何時候整個進程狀態(tài)都包含在它的執(zhí)行上下文環(huán)境中。這個結(jié)構(gòu)使得可以開發(fā)功能強大的技術(shù)，以確保在進程中進行協(xié)調(diào)和合作。在操作系統(tǒng)中可能會設(shè)計和并入一些新的功能（優(yōu)先級，linux中nice值。）這可以通過擴展上下文環(huán)境以包括支持這些特征的新信息。
3、兩狀態(tài)進程模型
操作系統(tǒng)的基本職責是控制進程的執(zhí)行。這包括確定交替執(zhí)行的方式和給進程分配資源在設(shè)計控制進程的程序時，第一步就是描述進程所表現(xiàn)出的行為。
由前面的基礎(chǔ)知識介紹可知，在任何時刻，一個進程要么正在執(zhí)行，要么沒有執(zhí)行，因而可以構(gòu)造最簡單的模型。一個進程可以處于以下兩種狀態(tài)之一：運行態(tài)或未運行態(tài)。當操作系統(tǒng)創(chuàng)建一個新的進程時，它將該進程運行態(tài)加入到系統(tǒng)中，操作系統(tǒng)知道這個進程是存在的，并且正在等待執(zhí)行機會。當前正在運行的進程時不時的被中斷，操作系統(tǒng)中的分派器部分將選擇一個新進程運行。前一個進程從運行態(tài)轉(zhuǎn)換到未運行狀態(tài)，另外一個集成轉(zhuǎn)換到運行態(tài)。如下圖.
從這個簡單的模型可以意識到操作系統(tǒng)的一些設(shè)計元素。必須用某種方式來表示每個進程，使得操作系統(tǒng)能夠跟蹤它，也就是說，必須有一些與進程相關(guān)的信息，包括進程在內(nèi)存中的當前狀態(tài)和位置，即進程控制塊。未運行的進程必須保持在某種類型的隊列中，并等待它們的執(zhí)行時機。結(jié)構(gòu)中有一個隊列，隊列中的每一項都指向某個特定進程的指針，或隊列可以由數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的鏈表組成，每個數(shù)據(jù)塊表示一個進程。如下圖
因此可以用該隊列圖描述分派器的行為。被中斷的進程轉(zhuǎn)移到等待進程隊列中，或者，如果進程已經(jīng)結(jié)束或取消，則被銷毀（離開系統(tǒng)）。在任何一種情況下，分派器均從隊列中選擇一個進程來執(zhí)行。
4、進程的創(chuàng)建和終止
進程創(chuàng)建
傳統(tǒng)地，操作系統(tǒng)創(chuàng)建進程的方式對用戶和應用程序都是透明的，這在當代操作系統(tǒng)中也很普遍。但是允許一個進程引發(fā)另一個進程的創(chuàng)建將是很有用的。例如一個程序進程可以產(chǎn)生另一個進程，以接受應用程序產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)組織成適合以后分析的格式。新進程與應用程序并行的運行，并當?shù)玫叫碌臄?shù)據(jù)時被激活。這個方案對于構(gòu)造應用程序是非常有用的，例如，服務(wù)器進程（如打印服務(wù)器、文件服務(wù)器）可以為它處理的每個請求產(chǎn)生一個新進程。當操作系統(tǒng)為另一個進程的顯式請求產(chǎn)生一個新進程時，這個動作稱為進程派生。
當一個進程派生另一個進程時，前一個稱作父進程,被派生的進程稱作子進程。在典型的情況下，相關(guān)進程需要像話之間通信和合作。對程序員來說，合作是一個非常困難的任務(wù)。
進程終止
以下事件會導致進程終止，尤其注意最后兩種事件。父進程終止與父進程請求終止子進程。
5、進程的五狀態(tài)模型
如果所有的進程都做好了執(zhí)行準備。隊列是先進先出（first-in-first-out）的表，對于可運行的進程處理器以一種輪轉(zhuǎn)(round-robin)方式操作（依次給隊列中的每個進程一定的執(zhí)行時間，然后進程返回隊列，阻塞情況除外）。但是存在著一些非運行狀態(tài)但已經(jīng)就緒等待執(zhí)行的進程，而同時存在另外的一些處于阻塞狀態(tài)等待I/O操作結(jié)束的進程。因此，如果使用單個隊列，分派器不能只考慮隊列中最老的進程，相反，他應該掃描這個列表，查找那些被阻塞且在隊列中時間最長的進程。
解決這種情況的一種比較自然的方法是將非運行狀態(tài)分成兩個狀態(tài)：就緒(ready)和阻塞(blocked)，此外應該增加兩個已經(jīng)證明很有用的狀態(tài)。
運行態(tài)：該進程正在執(zhí)行。假設(shè)計算機只有一個處理器，因此一次最多只有一個進程處于這個狀態(tài)。就緒態(tài)：進程做好了準備，只要有機會就開始執(zhí)行。
阻塞/等待態(tài)：進程在某些事件發(fā)生前不能執(zhí)行，如I/O操作完成。
新建態(tài)：剛剛創(chuàng)建的進程，操作系統(tǒng)還沒有把它加入到可執(zhí)行進程組中。通常是進程控制塊已經(jīng)創(chuàng)建但還沒有加載到內(nèi)存中的新進程。
退出態(tài)：操作系統(tǒng)從可執(zhí)行進程組中釋放出的進程，或者是因為它自身停止了，或者是因為某種原因被取消。
新建態(tài)和退出態(tài)對進程管理是非常有用的。新建狀態(tài)對應于剛剛定義的進程。例如，如果一位新用戶試圖登錄到分時系統(tǒng)中，或者一個新的批作業(yè)被提交執(zhí)行，那么操作系統(tǒng)可以分兩步定義新進程。首先，操作系統(tǒng)執(zhí)行一些必需的輔助工作，將標識符關(guān)聯(lián)到進程，分配和創(chuàng)建管理進程所需要的所有表。此時，進程處于新建狀態(tài)，這意味著操作系統(tǒng)已經(jīng)執(zhí)行了創(chuàng)建進程的必需動作，但還沒有執(zhí)行進程。
例如，操作系統(tǒng)可能基于性能或內(nèi)存局限性的原因，限制系統(tǒng)中的進程數(shù)量。當進程處于新建態(tài)時，操作系統(tǒng)所需要的關(guān)于該進程的信息保存在內(nèi)存中的進程表中，但進程自身還未進入內(nèi)存，就是即將執(zhí)行的程序代碼不在內(nèi)存中，也沒有為與這個程序相關(guān)的數(shù)據(jù)分配空間。當進程處于新建態(tài)時，程序保留在外存中，通常是磁盤中。
類似地，進程退出系統(tǒng)也分為兩步。首先，當進程到達一個自然結(jié)束點時，由于出現(xiàn)不可恢復的錯誤而取消時，或當具有相應權(quán)限的另一個進程取消該進程時，進程被終止；終止使進程轉(zhuǎn)換到退出態(tài)，此時，進程不再被執(zhí)行了，與作業(yè)相關(guān)的表和其他信息臨時被操作系統(tǒng)保留起來，這給輔助程序或支持程序提供了提取所需信息的時間。一個實用程序為了分析性能和利用率，可能需要提取進程的歷史信息，一旦這些程序都提取了所需要的信息，操作系統(tǒng)就不再需要保留任何與該進程相關(guān)的數(shù)據(jù)，該進程將從系統(tǒng)中刪除。
6、UNINX的獨特進程
UNINX 中有兩個獨特的進程。進程0是一個特殊的進程，實在系統(tǒng)啟動時創(chuàng)建的。實際上，這是預定義的一個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，在啟動時被加載，是交換進程。此外，進程0產(chǎn)生進程1，稱作初始進程，進程1是系統(tǒng)中的所有其他進程的祖先。當新的交互用戶登錄到系統(tǒng)是，由進程1為該用戶創(chuàng)建一個用戶進程。隨后，用戶進程可以創(chuàng)建子進程，從而構(gòu)成一棵分支書，因此任何應用程序都是由一組相關(guān)進程組成的。
7、進程控制結(jié)構(gòu)：
此部分對于了解線程特別重要。
此部分對于了解線程特別重要。
此部分對于了解線程特別重要。
一個進程至少包括足夠的內(nèi)存空間，以保存該進程的程序和數(shù)據(jù)；此外，程序的執(zhí)行通常涉及用于跟蹤過程調(diào)用和過程間參數(shù)傳遞的棧。最后，與每個進程相關(guān)聯(lián)的還有操作系統(tǒng)用于控制進程的許多屬性，通常：
屬性的集合稱作進程控制塊。
程序、數(shù)據(jù)、棧、屬性的集合稱作進程映像
下圖經(jīng)過了我的重新繪制，希望能夠比書本上更加易懂。
以上為進程控制塊、進程映像的關(guān)系。后續(xù)的文章會繼續(xù)沿著進程、線程的方向去走。爭取整理出一套涉及PHP進程、子進程、線程、協(xié)程的相關(guān)理論與實踐文章。
吃飯去嘍。
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