一、计算机发展史
1.手工操作，穿孔卡片
已穿孔的纸带（或卡片） —— 装入输入机 —— 启动输入机把程序和数据输入计算机内存 —— 接着通过控制台开关启动程序针对数据运行——计算完毕 —— 打印机输出计算结果——用户取走结果并卸下纸带（或卡片）后—— 下一个用户上机。
手工操作方式两个特点：
2.批处理 —— 磁带存储
批处理系统：加载在计算机上的一个系统软件，在它的控制下，计算机能够自动地、成批地处理一个或多个用户的作业（这作业包括程序、数据和命令）。
#联机批处理系统
输入机上输入一批作业 —— 保存到磁带—— 传给主机内存 —— 主机依次处理各个作业 —— 输出
#脱机批处理系统
卫星机：一台不与主机直接相连而专门用于与输入/输出设备打交道的。
3.多道程序系统
所谓多道程序设计技术，就是指允许多个程序同时进入内存并运行。即同时把多个程序放入内存，并允许它们交替在CPU中运行，它们共享系统中的各种硬、软件资源。当一道程序因I/O请求而暂停运行时，CPU便立即转去运行另一道程序。
单处理机系统中多道程序运行时的特点：
并行:真正意义上的同时执行，需要多个CPU
单核的计算机能不能实现并行,但是可以实现并发
多道技术优缺点：
1.空间上的复用
多个程序共用一套计算机硬件
2.时间上的复用
切换+保存状态
优点 ： 当一个程序遇到IO操作 操作系统会剥夺该程序的cpu执行权限(提高了cpu的利用率 并且也不影响程序的执行效率)
缺点： 当一个程序很大必须长时间占用cpu 操作系统时，该程序的cpu执行权限也会被无情地剥夺 ，降低了该程序的执行效率（100s连续执行，被强制剥夺权限后可能需要120s才可以）
二、进程理论
什么是程序：一坨代码
什么是进程：正在运行的程序
进程是操作系统中最基本、重要的概念。
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。
1.进程调度
要想多个进程交替运行，CPU先给谁用呢？操作系统必须对这些进程进行调度，这个调度也不是随机进行的，而是需要遵循一定的法则，由此就有了进程的调度算法。
先来先服务（FCFS）调度算法 是一种最简单的调度算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。FCFS算法比较有利于长作业（进程），而不利于短作业（进程）。 例如：一个程序先来需要24h，另一个程序后来只需1s，后来的也得等人家运行完，很不合理是吧
短作业（进程）优先调度算法（SJ/PF）是指对短作业或短进程优先调度的算法，该算法既可用于作业调度，也可用于进程调度。但其对长作业不利； 例如：程序A需要一个小时，还有一千个程序只需一秒，A就必须等到1000s以后才能运行，也很扯淡是吧
时间片轮转(Round Robin，RR)法的基本思路是让每个进程在就绪队列中的等待时间与享受服务的时间成比例。在时间片轮转法中，需要将CPU的处理时间分成固定大小的时间片，例如，几十毫秒至几百毫秒。如果一个进程在被调度选中之后用完了系统规定的时间片，但又未完成要求的任务，则它自行释放自己所占有的CPU而排到就绪队列的末尾，等待下一次调度。同时，进程调度程序又去调度当前就绪队列中的第一个进程。
显然，轮转法只能用来调度分配一些可以抢占的资源。这些可以抢占的资源可以随时被剥夺，而且可以将它们再分配给别的进程。CPU是可抢占资源的一种。但打印机等资源是不可抢占的。由于作业调度是对除了CPU之外的所有系统硬件资源的分配，其中包含有不可抢占资源，所以作业调度不使用轮转法。
在轮转法中，时间片长度的选取非常重要。首先，时间片长度的选择会直接影响到系统的开销和响应时间。如果时间片长度过短，则调度程序抢占处理机的次数增多。这将使进程上下文切换次数也大大增加，从而加重系统开销。反过来，如果时间片长度选择过长，例如，一个时间片能保证就绪队列中所需执行时间最长的进程能执行完毕，则轮转法变成了先来先服务法。时间片长度的选择是根据系统对响应时间的要求和就绪队列中所允许最大的进程数来确定的。
在轮转法中，加入到就绪队列的进程有3种情况：
一种是分给它的时间片用完，但进程还未完成，回到就绪队列的末尾等待下次调度去继续执行。
另一种情况是分给该进程的时间片并未用完，只是因为请求I/O或由于进程的互斥与同步关系而被阻塞。当阻塞解除之后再回到就绪队列。
第三种情况就是新创建进程进入就绪队列。
如果对这些进程区别对待，给予不同的优先级和时间片从直观上看，可以进一步改善系统服务质量和效率。例如，我们可把就绪队列按照进程到达就绪队列的类型和进程被阻塞时的阻塞原因分成不同的就绪队列，每个队列按FCFS原则排列，各队列之间的进程享有不同的优先级，但同一队列内优先级相同。这样，当一个进程在执行完它的时间片之后，或从睡眠中被唤醒以及被创建之后，将进入不同的就绪队列。
前面介绍的各种用作进程调度的算法都有一定的局限性。如短进程优先的调度算法，仅照顾了短进程而忽略了长进程，而且如果并未指明进程的长度，则短进程优先和基于进程长度的抢占式调度算法都将无法使用。 而多级反馈队列调度算法则不必事先知道各种进程所需的执行时间，而且还可以满足各种类型进程的需要，因而它是目前被公认的一种较好的进程调度算法。在采用多级反馈队列调度算法的系统中，调度算法的实施过程如下所述。 (1) 应设置多个就绪队列，并为各个队列赋予不同的优先级。第一个队列的优先级最高，第二个队列次之，其余各队列的优先权逐个降低。该算法赋予各个队列中进程执行时间片的大小也各不相同，在优先权愈高的队列中，为每个进程所规定的执行时间片就愈小。例如，第二个队列的时间片要比第一个队列的时间片长一倍，……，第i+1个队列的时间片要比第i个队列的时间片长一倍。 (2) 当一个新进程进入内存后，首先将它放入第一队列的末尾，按FCFS原则排队等待调度。当轮到该进程执行时，如它能在该时间片内完成，便可准备撤离系统；如果它在一个时间片结束时尚未完成，调度程序便将该进程转入第二队列的末尾，再同样地按FCFS原则等待调度执行；如果它在第二队列中运行一个时间片后仍未完成，再依次将它放入第三队列，……，如此下去，当一个长作业(进程)从第一队列依次降到第n队列后，在第n 队列便采取按时间片轮转的方式运行。 (3) 仅当第一队列空闲时，调度程序才调度第二队列中的进程运行；仅当第1～(i-1)队列均空时，才会调度第i队列中的进程运行。如果处理机正在第i队列中为某进程服务时，又有新进程进入优先权较高的队列(第1～(i-1)中的任何一个队列)，则此时新进程将抢占正在运行进程的处理机，即由调度程序把正在运行的进程放回到第i队列的末尾，把处理机分配给新到的高优先权进程。
2.进程的并行和并发
并行 : 并行是指两者同时执行，比如赛跑，两个人都在不停的往前跑；（资源够用情况下，比如三个线程，四核的CPU ）
并发 : 并发是指资源有限的情况下，两者交替轮流使用资源，比如单核CPU资源同时只能处理一个进程，A用一段后，让给B，B用完继续给A ，交替使用，目的是提高效率。
区别:
并行是从微观上，也就是在一个精确的时间片刻，有不同的程序在执行，这就要求必须有多个处理器。
并发是从宏观上，在一个时间段上可以看出是同时执行的（用户看上去是同时运行）
3. 同步异步 阻塞非阻塞
3.1 进程三态
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)、sleep等。
3.2 同步异步
表示的是任务的提交方式
同步：任务提交之后 原地等待的任务的执行并拿到返回结果才走 期间不做任何事(程序层面的表现就是卡住了)
异步：任务提交之后 不在原地等待 而是继续执行下一行代码(结果是要的 但是是通过其他方式获取)
比如我去银行办理业务，可能会有两种方式： 第一种 ：选择排队等候； 第二种 ：选择取一个小纸条上面有我的号码，等到排到我这一号时由柜台的人通知我轮到我去办理业务了； 第一种：前者(排队等候)就是同步等待消息通知，也就是我要一直在等待银行办理业务情况； 第二种：后者(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(在这个例子中就是等待办理业务的人)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(在这里是柜台的人)通过某种机制(在这里是写在小纸条上的号码，喊号)找到等待该事件的人。
3.3阻塞非阻塞
表示的是程序的运行状态
阻塞: 阻塞态
非阻塞: 就绪态 运行态
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。
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， 相反，有的人喜欢在银行办理这些业务的时候一边打打电话发发短信一边等待，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。 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：却没有这样的问题，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。
三、创建进程的两种方式(******)
1.windows 和 linux 不同
windows 创建进程 会将代码以模块的方式 从上往下执行一遍linux 创建进程 会直接将代码完完整整的拷贝一份windows创建进程一定要在if __name__ == '__main__':代码块内创建，否则报错，这样创建代码只会运行一次，不会在模块中重复运行
2.multiprocess 模块
仔细说来，multiprocess不是一个模块而是python中一个操作、管理进程的包。 之所以叫multi是取自multiple的多功能的意思,在这个包中几乎包含了和进程有关的所有子模块。由于提供的子模块非常多，为了方便大家归类记忆，我将这部分大致分为四个部分：创建进程部分，进程同步部分，进程池部分，进程之间数据共享。
2.创建进程过程
创建进程就是在内存中重新开辟一块内存空间，将允许产生的代码丢进去一个进程对应在内存就是一块独立的内存空间进程与进程之间数据是隔离的 无法直接交互
from multiprocessing import Process
money = 100
def test():
global money
money = 99999
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=test)
p.start()
p.join()
print(money) #100 进程间数据隔离并不是99999
但是可以通过某些技术实现间接交互（随后讲解）
# 创建进程的第一种方式 直接创建 传入函数作为进程参数
from multiprocessing import Process
import time
def test(name):
print('%s is running'%name)
time.sleep(3)
print('%s is over'%name)
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=test,args=('egon',))
p.start()
print('主')
# 创建进程的第二种方式 创建类继承 创建类的对象即为进程
# 创建进程的第二种方式
from multiprocessing import Process
import time
class MyProcess(Process):
def __init__(self,name):
super().__init__()
self.name = name
def run(self):
print('%s is running' % self.name)
time.sleep(3)
print('%s is over' % self.name)
if __name__ == '__main__':
p = MyProcess('egon')
p.start() print('主')
四、主进程等待子进程方法join
p.join()
# 主进程代码等待子进程p运行结束，与其他子进程无关
from multiprocessing import Process
import time
def test(name,i):
print('%s is running'%name)
time.sleep(i)
print('%s is over'%name)
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=test,args=('egon',1.5))
p1 = Process(target=test,args=('kevin',1))
p2 = Process(target=test,args=('jason',1))
start_time = time.time()
p.start() # 仅仅是告诉操作系统帮你创建一个进程 至于这个进程什么时候创
p1.start() # 操作系统随机决定，因此输出结果顺序随机
p2.start()
p2.join() # 主进程代码等待子进程运行结束 才继续运行
p1.join()
print('主')
print(time.time() - start_time) # 程序运行总时间是最长的那个进程多一点点
'''
kevin is running
egon is running
jason is running
kevin is over
jason is over
主
1.1740670204162598
egon is over # 主进程代码等待子进程运行结束，与其他子进程无关
'''
五、查询进程号以及杀死进程
1.current_process 模块查询
current_process().pid 查询进程号
tasklist |findstr 6666 在终端查询6666进程的创建者， 必须在进程运行中（sleep）才能查到
from multiprocessing import Process,current_process
import time
def test(name):
print('%s is running'%name,current_process().pid)
time.sleep(30)
print('%s is over'%name)
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=test,args=('egon',))
p.start()
print('主',current_process().pid)
2.os模块查询 更强大好用 还可以查询父进程号
os.getpid() 查询子进程号
os.getppid() 查询父进程号
p.terminate() 杀死进程
p.is_alive() 查询进程是否还活着
from multiprocessing import Process
import os
import time
def test(name):
print('%s is running'%name,'子进程%s'%os.getpid(),'父进程%s'%os.getppid())
time.sleep(3)
print('%s is over'%name)
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=test,args=('egon',))
p.start()
p.terminate() # 杀死当前进程 其实是告诉操作系统帮你杀死一个进程
time.sleep(0.1) #杀死需要时间，不然程序运行太快可能还显示活着
print(p.is_alive()) # 判断进程是否存活
print('主',os.getpid(),'主主进程:%s'%os.getppid())
六、互斥锁(*****)
当多个进程操作同一份数据的时候 会造成数据的错乱
这个时候必须加锁处理
将并发变成串行
虽然降低了效率但是提高了数据的安全
注意:
1.锁不要轻易使用 容易造成死锁现象
2.只在处理数据的部分加锁 不要在全局加锁
锁必须在主进程中产生 交给子进程去使用
#模拟抢票 不加锁情况下如果有一张票是个人都能抢到，加锁后只有一个人可以抢到from multiprocessing import Process,Lock #第一步 导入模块
import time
import json
# 查票
def search(i):
with open('data','r',encoding='utf-8') as f:
data = f.read()
t_d = json.loads(data)
print('用户%s查询余票为:%s'%(i,t_d.get('ticket')))
# 买票
def buy(i):
with open('data','r',encoding='utf-8') as f:
data = f.read()
t_d = json.loads(data)
time.sleep(1)
if t_d.get('ticket') > 0:
# 票数减一
t_d['ticket'] -= 1
# 更新票数
with open('data','w',encoding='utf-8') as f:
json.dump(t_d,f)
print('用户%s抢票成功'%i)
else:
print('没票了')
def run(i,mutex): #第五步 接收锁
search(i)
mutex.acquire() # 第六步 抢锁 只要有人抢到了锁 其他人必须等待该人释放锁
buy(i)
mutex.release() # 第七步 释放锁
if __name__ == '__main__':
mutex = Lock() # 第二步 主程序中生成了一把锁
for i in range(10):
p = Process(target=run,args=(i,mutex)) #第三步传给子进程
p.start()
七、僵尸进程与孤儿进程 了解
僵尸进程：
父进程回收子进程资源的两种方式
1.join方法，父进程会等着子进程完毕然后回收其资源后自己再去死
2.父进程正常死亡，子进程全部死完后自己也跟着死亡
如果主进程一直存活且不断开辟子进程又不去回收pid号，pid号会被用完，然后就没有然后了
所有的进程都会步入僵尸进程
孤儿进程：
子进程没死 父进程意外死亡，比如被杀死
针对linux会有儿童福利院(init) 如果父进程意外死亡他所创建的子进程都会被福利院收养
八、守护进程 了解
为某一进程设置守护进程，主进程死亡，守护自动终结
from multiprocessing import Process
import time
def test(name):
print('%s总管正常活着'%name)
time.sleep(3)
print('%s总管正常死亡'%name)
if __name__ == '__main__':
p = Process(target=test,args=('egon',))
p.daemon = True # 将该进程设置为守护进程 这一句话必须放在start语句之前 否则报错
p.start()
time.sleep(0.1)
print('皇帝jason寿正终寝')
'''
egon总管正常活着 #回光返照那0.1s ，子进程还是要干活的
皇帝jason寿正终寝 #死了之后子进程自动死亡，不会再往下走了就没有‘总管正常死亡了’
'''