行程

行程（process），是指電腦中已執行的程式，曾經是分時系統的基本運作單位。在面向進程設計的系統（如早期的UNIX，Linux 2.4及更早的版本）中，是程式的基本執行實體；在面向線程設計的系統（如當代多數作業系統、Linux 2.6及更新的版本）中，行程本身不是基本執行單位，而是執行緒的容器。

程式本身只是指令、數據及其組織形式的描述，相當於一個名詞，行程才是程式（那些指令和數據）的真正執行實例，可以想像說是現在進行式。若干行程有可能與同一個程式相關聯，且每個行程皆可以同步（循序）或異步（平行）的方式獨立執行。現代電腦系統可在同一段時間內以進程的形式將多個程式載入到記憶體中，並藉由時間共享（或稱時分復用），以在一個處理器上表現出同時（平行性）執行的感覺。同樣的，使用多執行緒技術的作業系統或電腦架構，同樣程式的平行線程，可在多CPU主機或網路上真正同時執行（在不同的CPU上）。

## 名稱

- 整批系統環境，行程稱為工作（jobs）。
- 分時系統環境，行程稱為使用者程式（user programs）或任務（tasks）。
- 在多數情況，工作與行程是同義詞，但處理程序（process）已較為人接受

## 概念

使用者下達執行程式的命令後，就會產生行程。同一程式可產生多個行程（一對多關係），以允許同時有多位使用者執行同一程式，卻不會相衝突。

行程需要一些資源才能完成工作，如CPU使用時間、記憶體、檔案以及I/O裝置，且為依序逐一進行，也就是每個CPU核心任何時間內僅能執行一項行程。

進程與線程的區別：進程是電腦管理運行程序的一種方式，一個進程下可包含一個或者多個線程。線程可以理解為子進程。

### 內容

一個電腦系統行程包括（或者說「擁有」）下列資料：

- 那個程式的可執行機器碼的一個在記憶體的映像。
- 分配到的記憶體（通常是虛擬的一個記憶體區域）。記憶體的內容包括可執行代碼、特定於行程的資料（輸入、輸出）、呼叫堆疊、堆棧（用於保存運行時運輸中途產生的資料）。
- 分配給該行程的資源的作業系統描述符，諸如檔案描述符（Unix術語）或檔案控制代碼（Windows）、資料源和資料終端。
- 安全特性，諸如行程擁有者和行程的權限集（可以容許的操作）。
- 處理器狀態（內文），諸如暫存器內容、物理記憶體定址等。當行程正在執行時，狀態通常儲存在暫存器，其他情況在記憶體。

### 狀態

行程在執行時，狀態（state）會改變。所謂狀態，就是指行程目前的動作：

- 新生（new）：行程新產生中。
- 執行（running）：正在執行。
- 等待（waiting）：等待某事發生，例如等待使用者輸入完成。亦稱「阻塞」（blocked）
- 就緒（ready）：排班中，等待CPU。
- 結束（terminated）：完成執行。

各狀態名稱可能隨不同作業系統而相異；對於單CPU系統（UP），任何時間可能有多個行程為等待、就緒，但必定僅有一個行程在執行。

注意: 進程的各個狀態之間是不能隨意切換的，例如當進程運行時因IO操作而阻塞，當IO操作完成後並不會直接恢復回運行態，而是轉為就緒態等待CPU的調度。

## Windows進程

作業系統使用進程ID來唯一標識每個進程。在一個進程內部，使用進程句柄來標識關注的每個進程。使用Windows API從進程ID獲取進程句柄：

```cpp
 OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, TRUE, procId); //或者PROCESS_QUERY_INFORMATION
```

使用API函數：GetModuleFileNameEx或GetProcessImageFileName或QueryFullProcessImageName查詢進程的exe文件名

使用API函數GetCurrentProcess可以獲取本進程的偽句柄（值為-1），只能用於本進程的API函數調用；不能被其他進程繼承或複製。可用API函數DuplicateHandle獲得進程的真句柄。

使用API函數CreateProcess創建進程，WaitForSingleObject可等待子進程的結束。例如：

```cpp
#include <windows.h>
#include <stdio.h>
#include <tchar.h>

void main() {
    STARTUPINFO si;
    PROCESS_INFORMATION pi;
    ZeroMemory(&si, sizeof(si));
    si.cb = sizeof(si);
    ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));
    // Start the child process.
    if (!CreateProcess(NULL,    // No module name (use command line)
                       "demo.exe arg1", // Command line
                       NULL,    // Process handle not inheritable
                       NULL,    // Thread handle not inheritable
                       FALSE,   // Set handle inheritance to FALSE
                       0,       // No creation flags
                       NULL,    // Use parent's environment block
                       NULL,    // Use parent's starting directory
                       &si,     // Pointer to STARTUPINFO structure
                       &pi)     // Pointer to PROCESS_INFORMATION structure,用于给出子进程主窗口的属性
       ) {
        printf("CreateProcess failed (%d).\n", GetLastError());
        return;
    }
    // Wait until child process exits.
    WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
    // Close process and thread handles.
    CloseHandle(pi.hProcess);
    CloseHandle(pi.hThread);
}
```

創建的子進程可以繼承父進程的：

- CreateFile返回的打開句柄，包括文件、控制台輸入緩衝區、控制台螢幕緩衝區, 命名管道, 串口通信設備, 郵槽.
- 打開的句柄，包括：進程、線程、互斥鎖、事件對象、信號量、命名管道、匿名管道、文件映射對象。
- 環境變量
- 當前目錄
- 控制台，除非進程脫離（detach）或創建了新的控制台。
- 錯誤模式，使用API函數SetErrorMode設置
- 進程親和掩碼（affinity mask），用以指示期望使用CPU的哪些核
- 在哪個作業中。

子進程不能繼承：

- 優先級類別Priority class.
- 句柄，由LocalAlloc, GlobalAlloc, HeapCreate, HeapAlloc返回
- 偽句柄，由GetCurrentProcess或GetCurrentThread返回
- DLL模塊句柄，由LoadLibrary返回
- GDI對象句柄或USER對象句柄，如HBITMAP或HMENU.

為繼承句柄，父進程在創建（或者代開、複製）各種可繼承對象句柄時，在SECURITY_ATTRIBUTES結構的bInheritHandle成員為TRUE。在CreateProcess的bInheritHandles參數為TRUE；如果要繼承標準輸入、標準輸出、標準錯誤的句柄，STARTUPINFO結構的dwFlags成員包含STARTF_USESTDHANDLES標誌位.

下述API的函數用於獲取進程相關資訊：

- GetCommandLine：當前進程的命令行字串
- GetStartupInfo：當前進程被創建時的STARTUPINFO結構
- GetProcessVersion：獲取可執行頭的版本資訊
- GetModuleFileName：獲取包含了進程代碼的可執行文件的全路徑與文件名
- GetGuiResources：獲取使用中的GUI對象的句柄數量
- IsDebuggerPresent：確定進程是否被調試
- GetProcessIoCounters：獲取進程執行的所有I/O操作的薄記資訊。
- GetProcessMemoryInfo：獲取進程的工作集記憶體的資訊
- GetProcessWorkingSetSize：獲取進程的工作集記憶體被允許的下限與上限
- SetProcessWorkingSetSize：設置進程的工作集記憶體的下限與上限

進程終止時，所有打開的句柄被關閉，進程對象被觸發（signaled）。進程的退出碼（exit code）或者在ExitProcess、TerminateProcess函數中指出，或者是main、WinMain函數返回值。如果進程由於一個致命異常（fatal exception）而終止，退出碼是這個異常值，同時進程的所有執行中的線程的退出碼也是這個異常值。

優雅地關閉其他進程的方法是用RegisterWindowMessage登記私有消息，用BroadcastSystemMessage播放消息，收到消息的進程用ExitProcess關閉。

如果想要獲取特定名字的進程的ID，需要枚舉所有進程。傳統辦法是CreateToolhelp32Snapshot、Process32First、Process32Next函數；也可以使用EnumProcesses、EnumProcessModules函數來獲取所有的進程ID，一個進程的所有模塊的句柄。示例如下：

```cpp
PROCESSENTRY32 pe32;
HANDLE hSnaphot;
HANDLE hApp;
DWORD dProcess;
hSnaphot = CreateToolhelp32Snapshot(TH32CS_SNAPPROCESS, 0); // 获取进程快照
Process32First(hSnaphot, &pe32); // 枚举第一个进程
do {
    if (lstrcmpi(pe32.szExeFile, _T("NotePad.exe")) == 0) { // 查找进程名称为 NotePad.exe
        dProcess = pe32.th32ProcessID;
        break;
    }
} while (Process32Next(hSnaphot, &pe32)); // 不断循环直到枚举不到进程
hApp = OpenProcess(PROCESS_VM_OPERATION | SYNCHRONIZE, FALSE, dProcess); // 根据进程 ID 获取程序的句柄
if (!WaitForSingleObject(hApp, INFINITE)) // 等待进程关闭
    AfxMessageBox(" 记事本已经关闭！");

// 另一种方法
DWORD aProcId[1024], dwProcCnt, dwModCnt;
HMODULE hMod[1000];
TCHAR szPath[MAX_PATH];

// 枚举出所有进程ID
if (!EnumProcesses(aProcId, sizeof(aProcId), &dwProcCnt)) {
    //cout << "EnumProcesses error: " << GetLastError() << endl;
    return 0;
}

// 遍例所有进程
for (DWORD i = 0; i < dwProcCnt; ++i) {
    // 打开进程，如果没有权限打开则跳过
    HANDLE hProc = OpenProcess(PROCESS_ALL_ACCESS, FALSE, aProcId[i]);
    if (NULL != hProc) {
        // 打开进程的第1个Module，并检查其名称是否与目标相符
        if (EnumProcessModules(hProc, &hMod, 1000, &dwModCnt)) {
            GetModuleBaseName(hProc, hMod, szPath, MAX_PATH);
            if (0 == lstrcmpi(szPath, lpName)) {
                CloseHandle(hProc);
                return aProcId[i];
            }
        }
        CloseHandle(hProc);
    }
}
return 0;
```

## 相關

- 時間片
- 進程樹