首发于 樊浩柏科学院

我们工作中接触最多的就是 进程，但是我们对它又比较陌生，因为它是业务不需要关心的地方，既有的公有组件和操作系统已经对我们屏蔽了它的复杂性。然后跟它的接触时间一长，我们难免会对它产生好奇：How it works?

预览图

什么是进程

进程是 程序的实体，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。每个进程都有自己唯一标识（PID），每个进程都有父进程，这些父进程也有父进程，所有进程都是init进程（PID 为 1）的子进程。

我们来直观感受下它的存在，可以说它是看不见又摸不着。

$ pstree -p
init(1)-+-init(3)---bash(4)
        |-nginx(771)-+-nginx(773)
        |            |-nginx(774)
        |            |-nginx(776)
        |            `-nginx(777)
        |-php-fpm(702)-+-php-fpm(707)
                       `-php-fpm(712)

进程分类

前台进程

前台进程具有控制终端，会堵塞控制终端。它的特点是：

• 可以同用户交互，但容易被意外终止；
• 有较高的响应速度，优先级别稍高；

$ php server.php start
PHPServer start   [OK] 

# 堵塞了/_ \

通常，在控制终端使用Ctrl+C组合键，会导致前台进程终止退出。

守护进程

守护进程是一种运行在后台的特殊进程，因为它不属于任何一个终端，所以不会收到任何终端发来的任何信号。它与前台进程显著的区别是：

• 它没有控制终端，不能直接和用户交互，在后台运行；
• 它不受用户登录和注销的影响，只受开机或关机的影响，可以长期运行；

通常我们编写的程序，都需要在 后台不终止的长期运行 ，此时就可以使用守护进程。当然，我们可以在代码中调用系统函数，或者直接在启动命令后追加&操作符，如下：

$ nohup php server.php start &
# &使进程脱离控制终端运行

通常&与 nohup 结合使用，忽略 SIGHUP 信号来实现一个守护进程。该方式对业务代码侵入最小，方便且成本低，常用于临时执行任务脚本的场景。

进程间通信（InterProcess Communication）

进程的用户空间是相互独立的，一般而言是不能相互访问。但很多情况下，进程间需要互相通信来进行数据传输、共享数据、通知事件、进程控制等，这就必须通过内核实现进程间通信。

进程间通信模型

进程间通信有管道、消息队列、信号、共享内存、套接字等方式，本文只介绍后 3 种。

共享内存（Shared Memory）

共享内存是一段被映射到多个进程地址空间的内存，虽然这段共享内存是由一个进程创建，但是多个进程都可以访问。如下图：

共享内存模型

共享内存是最快的进程间通信方式，但是可能会存在竞争，因此需要加锁。Linux 支持三种共享内存：mmap、Posix、以及 System V。

套接字（Socket）

套接字是一个通信链的句柄，可以用域、端口号、协议类型来表示一个套接字，其中域分为 Internet 网络（IP 地址）和 UNIX 文件（Sock 文件）两种。当域为 Internet 网络时，通信流程如下图：

套接字模型

特别的是，当套接字域为 Internet 网络时，可以实现 跨主机的进程间通信。因此，若要实现跨主机进行进程间通信，则须选用套接字。

信号（Signal）

信号受事件驱动，是一种异步且最复杂的通信方式，用于通知接受进程有某个事件已经发生，因此常用于事件处理。信号的处理机制，如下图：

信号模型

常用的信号值

在 Linux 系统中，可使用kill -l命令查看这 62 个信号值。其中常用值如下：

产生信号的方式

实际中，硬件或者软件中断都会触发信号，但这里只列举两种信号产生方式。

• 终端按键

• 系统调用

通过kill系统调用发送信号。例如，在 Shell 中使用kill -9发送 SIGKILL 信号。对于kill调用，需要注意以下两种特殊情况：

1、 特殊信号

可以发送编号为0的信号来 检测进程是否存活。

$pid = 577;
if (posix_kill($pid, 0)) {
    echo "进程存在\n";
} else {
    echo "进程不存在\n";
}

2、 特殊 PID

这里的参数$pid，根据取值范围不同，含义也不同。具体如下：

• pid > 0：向 PID 为 $pid 的进程发送信号；
• pid = 0：向当前进程组所有进程发送信号，比较常用；
• pid = -1：向所有进程（除 PID 为 1）发送信号（权限）；

进程的处理方式

进程共有 3 种处理信号的方式：

• 默认行为；
• 忽略；
• 捕获并处理—注册信号处理器后，当捕获到信号时，执行对应的处理器；

其中，默认行为进一步可以细分为以下几种：

信号的默认行为类型，见 常用的信号值 默认行为部分。

进程间关系

使用ps -ajx命令查看所有进程信息，如下：

#父PID  PID  组ID 会话ID 终端      时间   名称
PPID   PID  PGID   SID TTY      TIME COMMAND
    0     1     1     1 ?       0:00 /init ro
    1    43    43    43 ?       0:00 /usr/sbin/sshd
   43 11134 11134 11134 ?       0:00 sshd: root@pts/1
11134 11169 11169 11169 pts/1   0:00 -bash
11169 11251 11251 11169 pts/1   0:00 PHPServer: master   
11251 11252 11251 11169 pts/1   0:36 PHPServer: worker   
11251 11253 11251 11169 pts/1   0:42 PHPServer: worker   

进程组（Process Group）

进程组是一个或多个进程的集合。每个进程除了有一个 PID 之外还有一个进程组 ID（GID），每个进程都属于一个进程组，每个进程都有一个组长进程。

如上图中，1 个PHPServer: master主进程和 2 个PHPServer: worker子进程，属于同一个进程组11251，可以看出主进程是组长进程。

会话（Session）

会话是一个或多个进程组的集合，一个会话有对应的控制终端。如上图中，4 个PHPServer进程和-bash进程同属于一个会话，因为他们在一个pts/1的控制终端。

需要说明的是，当用户退出（Logout）会话以后，系统默认对该会话下的进程进行如下操作：

1. 系统向该会话发出 SIGHUP 信号；
2. 该会话将 SIGHUP 信号发给所有子进程；
3. 子进程收到 SIGHUP 信号后，自动退出；

而对于后台进程，用户在退出时系统默认不会发送 SIGHUP 信号，这是由 Shell 的huponexit参数（默认off）控制。可通过shopt -s huponexit设置成on（当前会话有效），此时后台进程会收到 SIGHUP 信号。

进程模型

从进程层面来说，程序可以分为单进程和多进程模型。

• 单进程

单进程模型的程序，只有一个进程在运行。他是最基本的进程模型，实现起来比较简单，Redis 就是采用这种进程模型。

• 多进程

信号模型

为了提高程序的并发处理能力，程序由单进程慢慢演变成了多进程，一 个 Master 进程和多个 Worker 进程是多进程常见的构成形态。可以说，现在大部分程序都是多进程模型，其中 Nginx 是典型的代表。

总结

到这里，我们已经对进程有了基础的认识，后续我将用 PHP 一步步实现一个 PHPServer 应用。

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