进程

进程的核心概念与底层原理

1.进程的本质

：作系统视角 ：
- 地址空间：
- 资源隔离 ：
- 进程控制块（PC进程控制块（PCB）：进程控制块（PCB） ：作系统内核维护的进程元数据，包括：
  - 程序计数器（PC）、寄存器状态。
  - 虚拟内存映射、线程列表、打开的句柄。
  - 进程优先级、CPU 时间片、I/O 状态。

2.进程的创建与终止

C#C# 中创建进程**

夏普

using System.Diagnostics;

// 启动外部进程（如计算器）

Process calculator = new Process();

calculator.StartInfo.FileName = "calc.exe";

calculator.Start();

// 启动带参数的进程

Process notepad = new Process();

notepad.StartInfo.FileName = "notepad.exe";

notepad.StartInfo.Arguments = "test.txt";

notepad.Start();

// 同步等待进程退出

notepad.WaitForExit();

进程终止

夏普

// 强制终止进程

if (notepad.ProcessId > 0)

{

notepad.Kill();

notepad.WaitForExit();

}

3. 进程间通信（IPC进程间通信（IPC）

进程间通信是高阶编程的关键，以下是常见的 IPC 方法及 C# 实现：

3.1 管道（Pipe）

匿名管道 ：

命名管道 ：

示例：命名管道服务器与客户端 '''c

夏普

// 服务器端（接收数据）

using System.IO.Pipes;

NamedPipeServerStream pipeServer = new NamedPipeServerStream("MyPipe", PipeDirection.InOut);

pipeServer.WaitForConnection();

byte[] buffer = new byte[1024];

pipeServer.Read(buffer, 0, buffer.Length);

string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer);

Console.WriteLine($"Received: {message}");

// 客户端（发送数据）

NamedPipeClientStream pipeClient = new NamedPipeClientStream(".", "MyPipe", PipeDirection.InOut);

pipeClient.Connect();

byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Hello from client!");

pipeClient.Write(data, 0, data.Length);

3.2 共享内存（Shared Memory）

原理：MemoryMappedFile在进程间共享内存区域。

C# 实现 ：

夏普

// 服务端创建共享内存

using System.IO.MemoryMappedFiles;

var mmf = MemoryMappedFile.CreateNew("MySharedMemory", 1024);

using (var writer = mmf.CreateViewStream())

{

byte[] data = Encoding.UTF8.GetBytes("Shared Data");

writer.Write(data, 0, data.Length);

}

// 客户端读取共享内存

using (var mmf = MemoryMappedFile.OpenExisting("MySharedMemory"))

using (var reader = mmf.CreateViewStream())

{

byte[] buffer = new byte[1024];

reader.Read(buffer, 0, buffer.Length);

string message = Encoding.UTF8.GetString(buffer);

Console.WriteLine($"Received: {message}");

}

3.3 Windows 特有 IPC

窗口消息（HWND） ：SendMessage或PostMessage传递消息。

内存映射文件（MapViewOfFile） ：

命名事件（Event） ：

夏普

// 创建命名事件（Windows API）

using System.Runtime.InteropServices;

[DllImport("kernel32.dll")]

static extern IntPtr CreateEvent(IntPtr lpEventAttributes, bool bManualReset, bool bInitialState, string lpName);

IntPtr hEvent = CreateEvent(IntPtr.Zero, true, false, "Global\\MyEvent");

4.进程同步与安全

4.1 进程同步

互斥量（Mutex：
互斥量（Mutex） ：

夏普

using System.Threading;

Mutex mutex = new Mutex(false, "Global\\MyMutex");

mutex.WaitOne(); // 获取锁

// 临界区操作

mutex.ReleaseMutex(); // 释放锁

信号量（Semaphore）：

夏普

Semaphore semaphore = new Semaphore(2, 2, "Global\\MySemaphore"); // 最大允许2个进程同时访问

semaphore.WaitOne();

// 资源访问

semaphore.Release();

4.2 进程安全

权限控制 ：

夏普

// 创建受保护的命名管道

var pipeSecurity = new PipeSecurity();

pipeSecurity.AddAccessRule(new PipeAccessRule("Everyone", PipeAccessRights.ReadWrite, AccessControlType.Allow));

var pipeServer = new NamedPipeServerStream("SecurePipe", PipeDirection.InOut, 1, PipeTransmissionMode.Byte, pipeSecurity);

5.进程的高级特性

5.1 进程优先级与调度

夏普

// 设置进程优先级

Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.High;

// 获取进程详细信息

foreach (Process process in Process.GetProcesses())

{

Console.WriteLine($"PID: {process.Id}, Name: {process.ProcessName}, Priority: {process.PriorityClass}");

}

5.2 进程调试与注入

调试进程 ：

夏普

Process targetProcess = Process.Start("notepad.exe");

targetProcess.EnableDebugging = true;

进程注入（需管理员权限）：

夏普

// 使用 P/Invoke 调用 Windows API 注入 DLL（示例）

[DllImport("kernel32.dll")]

static extern IntPtr OpenProcess(uint dwDesiredAccess, bool bInheritHandle, int dwProcessId);

[DllImport("kernel32.dll")]

static extern IntPtr VirtualAllocEx(IntPtr hProcess, IntPtr lpAddress, uint dwSize, uint flAllocationType, uint flProtect);

// 具体实现需结合 WriteProcessMemory 和 CreateRemoteThread

6.WPF 中的进程管理

6.1 异步进程启动

夏普

// 在 WPF 中异步启动进程

private async void StartProcessAsync()

{

var process = new Process { StartInfo = { FileName = "notepad.exe" } };

await Task.Run(() => process.Start());

MessageBox.Show("进程已启动");

}

6.2 进程与 UI 线程交互

夏普

// 在后台进程完成时更新 UI

private void ProcessExited(object sender, EventArgs e)

{

Dispatcher.Invoke(() =>

{

ResultTextBlock.Text = "进程已退出！";

});

}

process.Exited += ProcessExited;

7.进程的高级应用场景

7.1 进程沙箱化

隔离危险作 ：

夏普

// 启动沙箱进程

ProcessStartInfo psi = new ProcessStartInfo("sandbox.exe");

psi.UseShellExecute = false;

psi.CreateNoWindow = true;

psi.RedirectStandardOutput = true;

Process.Start(psi);

7.2 进程集群与负载均衡

夏普

// 启动多个工作进程

for (int i = 0; i < Environment.ProcessorCount; i++)

{

Process.Start("worker.exe", $"--id={i}");

}

7.3 进程监控与自动化

夏普

// 监控特定进程

private void MonitorProcess()

{

while (true)

{

foreach (var process in Process.GetProcessesByName("notepad"))

{

if (process.Responding == false)

{

process.Kill();

}

Thread.Sleep(1000);

}

8.进程的底层实现与优化

8.1 虚拟内存管理

内存页大小 ：

优化内存使用 ：

夏普

// 避免内存泄漏

using (var mmf = MemoryMappedFile.CreateNew("MyMMF", 1024))

{

// 使用共享内存后自动释放

}

8.2 进程调度优化

实时进程 ：

夏普

Process.GetCurrentProcess().PriorityClass = ProcessPriorityClass.RealTime;

8.3 进程资源监控

夏普

// 监控进程 CPU 和内存使用率

private void MonitorProcessResources()

{

Process target = Process.GetProcessById(1234);

while (!target.HasExited)

{

Console.WriteLine($"CPU: {target.TotalProcessorTime}, Memory: {target.WorkingSet64} bytes");

Thread.Sleep(1000);

}

9.高阶技巧与陷阱

9.1 进程间死锁预防

避免循环依赖 ：

超时机制 ：

夏普

// 带超时的等待事件

if (WaitHandle.WaitAny(new[] { mutex, timeoutEvent }) == 0)

{

// 成功获取锁

}

9.2 内存泄漏检测

使用System.Diagnostics ：

夏普

var performanceCounter = new PerformanceCounter("Process", "Working Set - Private", Process.GetCurrentProcess().ProcessName);

Console.WriteLine($"内存使用：{performanceCounter.NextValue()} bytes");

9.3 跨平台进程管理

夏普

// 使用跨平台库（如 System.Diagnostics.Process）

Process.Start(new ProcessStartInfo("ls", "-l") { UseShellExecute = false });

10.实战案例：WPF 多进程架构

案例：分布式计算服务

夏普

// 主进程（WPF UI）

public partial class MainWindow : Window

{

private List<Process> workers = new List<Process>();

private void StartWorkers()

{