怎么理解web進(jìn)程和線程

    進(jìn)程和線程是操作系統(tǒng)里很重要的概念，但是所有的東西都會(huì)落實(shí)到代碼?？雌饋?lái)很復(fù)雜的進(jìn)程線程，其實(shí)在操作系統(tǒng)的代碼里。也只是一些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法。只不過(guò)他比一般的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法可能復(fù)雜點(diǎn)。但是學(xué)習(xí)方法還是一樣的，就是深入源碼，一探究竟。
    進(jìn)程在操作系統(tǒng)里，是用一個(gè)task_struct結(jié)構(gòu)體表示的。因?yàn)椴僮飨到y(tǒng)是大部分是用c語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的，沒(méi)有對(duì)象這個(gè)概念。如果我們用高級(jí)語(yǔ)言來(lái)理解的話，每個(gè)進(jìn)程就是一個(gè)對(duì)象。每次新建一個(gè)進(jìn)程，就是新建一個(gè)對(duì)象。task_struct結(jié)構(gòu)體可以說(shuō)是類(lèi)的定義。我們看一下一個(gè)task_struct的定義。

 

進(jìn)程的管理

操作系統(tǒng)里會(huì)維護(hù)一個(gè)task_struct數(shù)組或者鏈表來(lái)記錄當(dāng)前系統(tǒng)中所有的進(jìn)程。每次新建一個(gè)進(jìn)程的時(shí)候，就會(huì)往里面追加一個(gè)task_struct結(jié)構(gòu)體，每次銷(xiāo)毀一個(gè)進(jìn)程的時(shí)候，該進(jìn)程的父進(jìn)程會(huì)刪除對(duì)應(yīng)的task_struct。

進(jìn)程的調(diào)度

操作系統(tǒng)的運(yùn)作，很大程度上是由時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)的，電腦中會(huì)有一個(gè)硬件間歇性地產(chǎn)生時(shí)鐘中斷。中斷間隔是由操作系統(tǒng)初始化該硬件時(shí)決定的（定時(shí)器也是由該硬件驅(qū)動(dòng)的，我們?cè)趹?yīng)用層使用的定時(shí)器功能，歸根到底還是使用系統(tǒng)的定時(shí)器去實(shí)現(xiàn)的）。每次時(shí)鐘中斷的時(shí)候如果當(dāng)前執(zhí)行的進(jìn)程時(shí)間片已到，則會(huì)發(fā)生進(jìn)程調(diào)度。另外進(jìn)程阻塞的時(shí)候，也會(huì)發(fā)生進(jìn)程調(diào)度。被調(diào)度到的進(jìn)程，系統(tǒng)就會(huì)把task_struct里的tss信息加載到cpu。包括當(dāng)前執(zhí)行的代碼位置，各種寄存器的值。然后就完成了進(jìn)程的切換。

進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間

每次時(shí)鐘中斷的時(shí)候，時(shí)鐘中斷處理程序都會(huì)累加當(dāng)前進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間，我們平時(shí)查看的進(jìn)程的執(zhí)行時(shí)間，這些數(shù)據(jù)就是由這些字段記錄的。一個(gè)進(jìn)程在內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)下執(zhí)行的時(shí)間，是分開(kāi)計(jì)算的。

信號(hào)

task_struct中用三個(gè)字段實(shí)現(xiàn)了信號(hào)相關(guān)的功能，一個(gè)是signal，記錄了進(jìn)程收到的信號(hào)，按位計(jì)算。blocked就是記錄當(dāng)前進(jìn)程不接收哪些信號(hào)。sigaction則是記錄每個(gè)信號(hào)對(duì)應(yīng)的處理函數(shù)，和signal一一對(duì)應(yīng)。每次我們調(diào)用kill的時(shí)候，其實(shí)就是修改signal字段的值。然后在某些時(shí)機(jī)下，系統(tǒng)會(huì)執(zhí)行sigaction里對(duì)應(yīng)的函數(shù)。這些時(shí)機(jī)包括系統(tǒng)調(diào)用返回，時(shí)鐘中斷處理程序返回、還有其他的硬件中斷返回等等。

狀態(tài)

task_struct用一個(gè)字段state記錄了進(jìn)程當(dāng)前的狀態(tài)，exit_code記錄進(jìn)程退出時(shí)的退出碼。

文件系統(tǒng)相關(guān)

當(dāng)前進(jìn)程的根目錄、工作目錄。我們平時(shí)在進(jìn)程里打開(kāi)一個(gè)文件的時(shí)候，如果沒(méi)有寫(xiě)明絕對(duì)路徑，系統(tǒng)就會(huì)以工作目錄為基礎(chǔ)，加上我們傳的相對(duì)路徑拼出絕對(duì)路徑。從而找到文件。另外filp字段是維護(hù)進(jìn)程打開(kāi)的文件信息。我們平時(shí)拿到的文件描述符就是filp字段的索引。他會(huì)逐步找到底層對(duì)應(yīng)的文件或者socket。executable是保存進(jìn)程對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制文件所在的文件信息。我們都知道程序加載到內(nèi)存變成進(jìn)程。executable保存的就是程序?qū)?yīng)的文件的信息。

權(quán)限

task_struct里用uid、euid、gid、egid等字段記錄進(jìn)程的權(quán)限信息。

進(jìn)程關(guān)系信息

pid字段記錄了當(dāng)前進(jìn)程的id，father記錄了父進(jìn)程的id。pgrp,session,leader分別是組id，會(huì)話id，是不是會(huì)話leader。多個(gè)進(jìn)程組成一個(gè)組，多個(gè)組組成一個(gè)會(huì)話。如果一個(gè)進(jìn)程是這個(gè)組或者會(huì)話的leader，則他的id會(huì)成為組或者會(huì)話的id，比如
組1有進(jìn)程a的id是1（組leader、會(huì)話leader）進(jìn)程b的id是2。
組2有進(jìn)程c的id是3（組leader），進(jìn)程d的id是4。
所有進(jìn)程在一個(gè)會(huì)話，則組1的所有進(jìn)程的組id和會(huì)話id都是1。組2所有進(jìn)程的組id是3，會(huì)話id是1。

執(zhí)行上下文

tss_struct和desc_struct結(jié)構(gòu)體記錄了進(jìn)程執(zhí)行的上下文，每次進(jìn)程切換的時(shí)候，如果是被調(diào)度執(zhí)行，則上下文加載到cpu和對(duì)應(yīng)的硬件中，如果是被掛起，則cpu和硬件的信息保存到上下文。下次執(zhí)行的時(shí)候恢復(fù)。

以上就是一個(gè)進(jìn)程所具有的一些屬性。我們發(fā)現(xiàn)，進(jìn)程也沒(méi)有那么難以理解，好比我們平時(shí)定義一個(gè)人，他有名字，身高，年齡屬性一樣。每個(gè)對(duì)象，他都有屬于自己的一些屬性。

下面我們?cè)賮?lái)看一下線程。相比進(jìn)程，線程對(duì)很多同學(xué)來(lái)說(shuō)可能更難理解。其實(shí)對(duì)于操作系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，沒(méi)有單獨(dú)去實(shí)現(xiàn)線程這個(gè)概念，操作系統(tǒng)把進(jìn)程和線程抽象成執(zhí)行上下文?？梢哉f(shuō)他們是一個(gè)東西。但是他們又有一點(diǎn)點(diǎn)區(qū)別。我們以linuxthreads線程庫(kù)為例。了解一下線程是什么。我們知道fork可以新建一個(gè)進(jìn)程。但是這個(gè)進(jìn)程太重了，盡管有些屬性是可以共享的。所以操作系統(tǒng)重新實(shí)現(xiàn)了一個(gè)系統(tǒng)調(diào)用clone。他支持更細(xì)粒度的屬性共享。所以我們稱(chēng)線程是輕量級(jí)的進(jìn)程。顧名思義，線程也是進(jìn)程，但是他是輕量級(jí)的，因?yàn)樗芏鄬傩远际枪蚕碛诟高M(jìn)程（父線程）的。共享的屬性可以通過(guò)clone函數(shù)的參數(shù)來(lái)控制。當(dāng)我們新建一個(gè)線程的時(shí)候，系統(tǒng)里會(huì)新建一個(gè)進(jìn)程。clone函數(shù)會(huì)把棧的位置和代碼執(zhí)行的位置（就是我們傳進(jìn)去的函數(shù)）告訴系統(tǒng)。系統(tǒng)會(huì)從我們定義的函數(shù)開(kāi)始執(zhí)行。大概如下。