每个PHP程序员都应该知道的进程知识

作为一个工作多年的老程序员，你是否对进程、线程依然理解的不够透彻？你是否在工作中使用到进程管理？你是否知道进程间通信方式有几种？

本文将讲述如下几个问题：

进程和线程介绍进程间通信方式Swoole中进程管理介绍

01进程和线程介绍

先说说进程和线程，进程是操作系统资源分配的最小单元，是程序执行的一个实例。在程序运行时系统就会创建一个进程，并为它分配资源，然后把该进程放入进程的就绪队列，这样进程调度器选中它的时候就会为它分配CPU时间片。

进程的状态有：新建态、就绪态、运行态、阻塞态、退出态，状态之间可以进行转换：就绪->运行，运行->就绪，运行->阻塞，阻塞->就绪

新建态：新建态进程刚创建的时候的状态。创建进程时，首先由进程申请一个空白的进程控制块（即PCB），并向PCB中填写用于控制和管理进程的信息；然后为给这个进程分配运行时需要的资源；最后把该进程转入就绪状态并插入到就绪队列中。就绪态：就绪态是指有等待执行的进程，有执行资格，还没有执行权限。有执行资格是指已经分配到除了CPU之外的所有必要的资源，没有执行权限是因为还没有获得CPU。运行态：运行态的进程是指进程获得了CPU，既有执行资格，又有执行权力，处在正在运行的状态。在单处理机（即CPU）系统中，同一时刻只能有一个进程处于运行态。在多处理机系统中，同一时刻可以有多个进程处于运行态。阻塞态：阻塞态是指进程执行的过程中遇到阻塞暂时无法继续运行，就会转向阻塞态。进程阻塞的原因有I/O请求、时间片用完、遇到一些错误等。退出态：即进程停止运行。进程到退出态的原因有：程序执行完成、调用退出函数、遇到错误、接收到终止的信号、进程被操作系统杀掉等。进程退出时，操作系统会将进程的PCB清零，并将PCB空间返还给系统。进入终止态的进程以后不能在再执行，但是操作系统中任然保留了一个记录，其中保存状态码和一些计时统计数据，供其他进程进行收集。一旦其他进程完成了对其信息的提取之后，操作系统将删除其进程，即将其PCB清零，并将该空白的PCB返回给系统。说完进程再说说线程，线程是CPU调度的最小单位，同时线程也是一个有限的系统资源。一个进程可以由多个线程组成，线程之间共享进程的所有资源，每个线程有自己的堆栈和局部变量。线程由CPU独立调度执行，在多CPU环境下就允许多个线程同时运行。同样，多线程也可以实现并发操作，每个请求分配一个线程来处理。

线程的状态和进程类似，一个进程可以运行多个线程，多个线程可以共享数据。只不过线程之前切换消耗的CPU资源比进程切换要小。

与进程不同的是同类的多个线程共享进程的堆和方法区资源，但每个线程有自己的程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈，所以系统在产生一个线程，或是在各个线程之间作切换工作时，负担要比进程小得多，也正因为如此，线程也被称为轻量级进程。

进程和线程之间有什么区别呢？

本质区别：进程是操作系统资源分配的基本单位，而线程是CPU任务调度和执行的基本单位。空间和资源：进程之间相互独立，统一进程内的线程之间可以共享资源。不同进程中的线程相互独立。切换开销：进程之间有自己独立的代码段和数据空间（程序上下文），进程之间的切换需要保存上下文、寄存器等数据，会有较大的开销；同一个进程中的线程共享代码段和数据空间，每个线程都有自己独立的运行栈和程序计数器（PC），线程之间切换的开销小。相互关系：进程崩溃后，在保护模式下不会对其他进程产生影响，但是一个线程崩溃整个进程都会挂掉。执行顺序：进程有自己的程序运行的入口、顺序执行序列和程序出口。但是线程不能独立执行，必须依存在应用程序中，由应用程序提供多个线程执行控制，两者均可并发执行。

02进程间通信方式

介绍进程之间通信之前先介绍一个概念：用户态和内核态。

当一个进程在执行自己的代码时处于用户态，当这个进程因为系统调用陷入内核代码中执行时处于内核态。执行的内核代码会使用当前进程的内核栈，每个进程都有自己的内核栈。

当用户运行一个程序时，该程序创建的进程开始时运行自己的代码，处于用户态。如果要执行文件操作、网络数据发送等操作必须通过write、send等系统调用，这些系统调用会调用内核的代码。进程会进入内核地址空间去执行内核代码来完成相应的操作，内核态的进程执行完后又会回到用户态。这样，用户态的程序就不能随意操作内核地址空间，具有一定的安全保护作用，保证进程间的地址空间不会互相冲突，一个进程的操作不会修改另一个进程地址空间中的数据。

进程从用户态切换到内核态常见的有三种方式：系统调用（如fork调用）、异常（如缺页异常）、外围设备中断。

下面说说进程间通信，即IPC，全称是InterProcess Communication。不同进程之间可以相互通信、交换数据。进程之间通信方式有：管道（包括无名管道和命名管道）、消息队列、信号量、共享内存、Socket、Streams。

管道：管道又分无名管道和有名管道，无名管道是单向的，只允许单向通信。如果需要双向通信，就需要开启两个单向管道。有名管道是在文件系统目录中存在一个管道文件。管道文件仅仅是文件系统中的标示，并不在磁盘上占据空间。在使用时，在内存上开辟空间，作为两个进程数据交互的通道。消息队列：消息队列是由消息的链表存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少、管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。信号量：信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对共享资源的访问。它常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。因此，主要作为进程间以及同一进程内不同线程之间的同步手段。共享内存：共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存，这段共享内存由一个进程创建，但多个进程都可以访问。共享内存是最快的 IPC 方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门设计的。它往往与其他通信机制，如信号量，配合使用，来实现进程间的同步和通信。Socket 也是一种进程间通信机制，与其他通信机制不同的是，它可用于不同及其间的进程通信。

03Swoole中进程管理介绍

下面我们用Swoole中的Process模块来加深一下对进程的理解。在Swoole中通过swoole_process 类来创建子进程，构造函数原型如下：

$function 是一个回调函数，子进程创建成功后执行此回调函数$redirect_stdin_stdout 参数可以重定向子进程的标准输入和输出$pipe_type 为管道类型具体参数含义可以参考Swoole官方文档，下面我们将在一个进程中创建子进程，并进行进程间通信。

在命令行执行 php process.php，运行后的结果如下：

这就是进程之间通过管道通信的例子，创建子进程，并设定回调函数。Event::add 将管道文件描述符 $process->pipe 加入到事件循环中。第一行输出的hello world 是回调函数输出的，而 read:aaaaaa 是事件循环执行时从管道里读出的数据。

关于Swoole中进程间通信还有其他方式，在此不一一列举。以上内容，如有错误，欢迎指正！

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