【一】进程和程序
【1】什么是进程？
- 进程就是正在运行的程序
【2】谁来执行进程？
- cpu
【3】进程和程序的区别？
- 程序是存储再硬盘里面的一堆代码和数据
- 进程是正在运行的程序
【二】进程调度问题
- 有一个算法叫做任务调度算法
- 就像是一个非常聪明的调度员，在计算机系统中负责安排和管理各种任务（比如程序或进程）的执行顺序。想象一下，你在一个忙碌的餐厅里，服务员需要决定先给哪个顾客上菜，这个过程就像是任务调度。
- 在计算机中，有很多任务都想要使用CPU（就像顾客想要吃饭一样），但CPU的能力有限，不能同时处理所有任务。因此，任务调度算法的作用就是决定哪个任务先执行，哪个后执行。这样的安排既要公平，又要高效，确保每个任务都能得到合理的处理时间，同时让整个系统运行得更流畅。
- 先来先服务（FCFS, First-Come, First-Served）：这个算法很简单，谁先来，就先服务谁。就像排队买票，先来的人先买。
- 短作业优先（SJF, Shortest Job First）：这个算法会优先处理那些需要时间最短的任务。想象一下，如果你是厨师，你可能会先做那些更快做好的菜。
- 时间片轮转（RR, Round Robin）：这个算法把时间分成若干小块，每个任务轮流使用一小块时间。就像玩游戏时，每个人轮流玩一会儿。
- 优先级调度：在这个算法中，每个任务都有一个优先级，优先级高的任务先执行。这就像是某些VIP顾客可以优先点餐。
【三】串行，并发，并行
【1】介绍
- 串行 (Serial)：想象一下，你是一位厨师，在厨房里一次只能做一道菜。你得先做完第一道菜，然后再开始做第二道，接着是第三道，依此类推。每道菜都需要等前一道做完才能开始。这就是串行，任务一个接一个地执行，前一个完成后才开始下一个。
- 并发 (Concurrency)：现在假设你仍然是那位厨师，但这次你在做一道菜的同时，可以监控正在炖的汤，并且偶尔还可以和顾客聊天。虽然你仍然一次只能专注于一件事，但你可以在不同任务之间迅速切换，给人一种同时处理多件事的感觉。这就是并发，多个任务交替进行，但在任意时刻实际上只有一个任务在执行。
- 并行 (Parallelism)：最后，想象你现在有一个团队，团队里有几位厨师。这次，当你在准备一道菜时，你的同事可以同时炖汤，另一个同事则可以和顾客聊天。这样，几件事情真正地在同一时间同时进行。这就是并行，多个任务在同一时刻同时发生，通常需要多个处理单元（比如多个厨师）。
【2】总结
- 串行：一个接一个，按顺序执行。
- 并发：一次只能做一件事，但可以迅速在多个任务之间切换。
- 并行：多件事情同时进行。
【四】同步/异步/阻塞/非阻塞(重要)
【1】介绍
- 同步 (Synchronous)：想象你去咖啡店点了一杯咖啡。在咖啡没做好之前，你就站在那里等，什么其他事都不做，直到咖啡做好，你拿到咖啡后再去做其他事情。这就是同步，你的行为（等待咖啡）和咖啡制作过程是一致对应的。
- 异步 (Asynchronous)：这次同样是在咖啡店点咖啡，但是在咖啡制作的同时，你不用站在那里等。你可以去做一些其他的事情，比如看书或者刷手机。当咖啡做好了，店员会叫你来拿。这就是异步，你的行为（做其他事情）和咖啡制作过程是分开的，不用一直等待咖啡制作完成。
- 阻塞 (Blocking)：再想象一下，你在餐馆点了一道菜，然后就坐在桌子旁边等，直到菜做好。在这期间，你不做任何事情，只是等待。这就是阻塞，你的等待阻止了你做其他事情。
- 非阻塞 (Non-blocking)：这次在餐馆点餐后，你不是一直坐在那等，而是去玩手机、看书或跟朋友聊天。尽管你还在等你的菜，但你没有被这个等待过程所阻塞，你可以同时做其他事情。这就是非阻塞，等待某个操作的完成时，你可以同时进行其他操作。
【2】总结
- 同步：在一个操作完成之前，一直等待。
- 异步：提交操作后可以做其他事情，操作完成后会通知你。
- 阻塞：等待（比如输入输出操作）时什么也做不了。
- 非阻塞：等待时还可以做其他事情。
【五】进程的创建和状态
【1】引入
- 进程是计算机中的一个基本概念，它代表了计算机中正在运行的程序。每个进程都有自己的内存空间、数据和执行的代码。我们可以把进程想象成一个工厂里的工作线：它有自己的任务（程序代码），需要的材料（数据），以及工作的空间（内存）。
【2】进程的创建
- 加载： 计算机把程序的代码和所需数据加载到内存中。
- 初始化： 设置进程的初始状态，比如分配一个唯一的标识符（PID）、确定进程优先级、创建进程控制块（PCB）等。
- 执行： 开始执行程序的代码。
- 等待： 在某些情况下，比如等待用户输入或文件读写操作，进程会暂时停止执行。
- 终止： 程序执行完成后，进程会被终止，释放所占用的资源。
【3】进程的状态
-
新建（New）： 进程刚刚被创建，但还未被调度到等待运行。
-
就绪（Ready）： 进程已经准备好运行，等待CPU分配时间片。
-
运行（Running）： 进程正在CPU上执行。
-
等待（Waiting）： 进程因为某些事件（比如I/O操作）而暂停执行，等待事件完成。
-
终止（Terminated）： 进程执行完毕，或者因为某些原因被终止。
-
这就像是一个员工在公司里的不同状态：他可能在等待任务（就绪），正在做任务（运行），可能因为需要等别人的报告而暂停工作（等待），或者任务完成后回家（终止）。这样的比喻可以帮助我们更直观地理解进程的概念和状态。
【六】创建进程的两种方式
- 方法一
# 创建进程 方法一
from multiprocessing import Process # 导入模块中类，用于创建新的进程
import time # 导入time模块，用于在后面的函数中实现等待（休眠）功能。
def func(name):
print(f'{name}任务开始')
time.sleep(3)
print(f'{name}任务结束')
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=func, args=('写作业',))
p.start() # 异步提交了一个任务
print('主进程')
- 方法二
# 创建进程 方法二
from multiprocessing import Process
import time
class MyProcess(Process):
def __init__(self, name):
super().__init__()
self.task_name = name
def run(self) -> None:
print(f'{self.task_name}任务开始')
time.sleep(3)
print(f'{self.task_name}任务结束')
if __name__ == '__main__':
p = MyProcess('打游戏')
p.start()
print('主进程')
【七】进程之间的数据是相互隔离的
from multiprocessing import Process
age = 18
def run():
global age
age += 2
print(age)
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=run, args=())
p.start() # 20
p.join() # join会使子进程先运行完再运行主进程
print(age) # 18
- 可以看到主进程输出的age依旧是18
- 而经过修改的子进程的age输出的就是20