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：
| 信号名称 | 值 | 说明 | 进程默认行为 |
|---|---|---|---|
| SIGHUP | 1 | 终端控制进程结束 | Terminate |
| SIGINT | 2 | 键盘Ctrl+C被按下 | Terminate |
| SIGQUIT | 3 | 键盘Ctrl+/被按下 | Dump |
| SIGKILL | 9 | 无条件结束进程 | Terminate |
| SIGUSR1 | 10 | 用户保留 | Terminate |
| SIGUSR2 | 12 | 用户保留 | Terminate |
| SIGALRM | 14 | 时钟定时信号 | Terminate |
| SIGTERM | 15 | 程序结束 | Terminate |
| SIGCHLD | 16 | 子进程结束 | Ignore |
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
| 按键/命令 | 信号名称 |
|---|---|
| Ctrl+C | SIGINT |
| Ctrl+\ | SIGQUIT |
| EXIT | SIGHUP |
- 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：
| 默认处理类型 | 描述 |
|---|---|
| Terminate | 进程被中止(杀死) |
| Dump | 进程被中止(杀死)，并且输出 dump 文件 |
| Ignore | 信号被忽略 |
| Stop | 进程被停止 |
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：
- 系统向该会话发出 SIGHUP 信号；
- 该会话将 SIGHUP 信号发给所有子进程；
- 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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