詳解python網絡進程

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一、多任務編程

意義：充分利用計算機的資源提高程序的運行效率

定義：通過應用程序利用計算機多個核心，達到同時執行多個任務的目的

實施方案： 多進程、多線程

並行：多個計算機核心並行的同時處理多個任務

並發：內核在多個任務間不斷切換，達到好像內核在同時處理多個任務的運行效果

進程：程序在計算機中運行一次的過程

程序：是一個可執行文件，是靜態的，占有磁盤，不占有計算機運行資源

進程：進程是一個動態的過程描述，占有CPU內存等計算機資源的，有一定的生命周期

同一個程序的不同執行過程是不同的進程，因為分配的計算機資源等均不同

父子進程 : 系統中每一個進程(除瞭系統初始化進程)都有唯一的父進程,可以有0個或多個子進
程。父子進程關系便於進程管理。

二、進程

CPU時間片：如果一個進程在某個時間點被計算機分配瞭內核，我們稱為該進程在CPU時間片上。

PCB(進程控制塊)：存放進程消息的空間

進程ID(PID)：進程在操作系統中的唯一編號，由系統自動分配

進程信息包括：進程PID，進程占有的內存位置，創建時間，創建用戶. . . . . . . .

進程特征：

  • 進程是操作系統分配計算機資源的最小單位
  • 每一個進程都有自己單獨的虛擬內存空間
  • 進程間的執行相互獨立，互不影響

進程的狀態

1、三態

  • 就緒態：進程具備執行條件，等待系統分配CPU
  • 運行態：進程占有CPU處理器，處於運行狀態
  • 等待態：進程暫時不具備運行條件，需要阻塞等待，讓出CPU

2、五態（增加新建態和終止態）

  • 新建態：創建一個新的進程，獲取資源的過程
  • 終止態：進程結束釋放資源的過程

查看進程樹：pstree

查看父進程PID：ps -ajx

linux查看進程命令：ps -aux

有一列為STAT為進程的狀態

  • D 等待態 （不可中斷等待）（阻塞）
  • S 等待態 （可中斷等待）（睡眠）
  • T 等待態 （暫停狀態）
  • R 運行態 （就緒態運行態）
  • Z 僵屍態
  • + 前臺進程（能在終端顯示出現象的）
  • < 高優先級
  • N 低優先級
  • l 有多線程的
  • s 會話組組長

三、os.fork創建進程

pid = os.fork()　

功能：創建一個子進程

返回值：創建成功在原有的進程中返回子進程的PID，在子進程中返回0；創建失敗返回一個負數

父子進程通常會根據fork返回值的差異選擇執行不同的代碼（使用if結構）

import  os 
from time import sleep

pid = os.fork()

if pid < 0:
    print("創建進程失敗")

#子進程執行部分
elif pid == 0:
    print("新進程創建成功")

#父進程執行部分
else:
    sleep(1)
    print("原來的進程")

print("程序執行完畢")

# 新進程創建成功
# 原來的進程
# 程序執行完畢
  • 子進程會復制父進程全部代碼段(包括fork前的代碼)但是子進程僅從fork的下一句開始執行
  • 父進程不一定先執行(進程之間相互獨立，互不影響)
  • 父子進程各有自己的屬性特征，比如：PID號PCB內存空間
  • 父進程fork之前開辟的空間子進程同樣擁有，但是進程之間相互獨立，互不影響．

父子進程的變量域

import os 
from time import sleep 

a = 1
pid = os.fork()
if pid < 0:
    print("創建進程失敗")
elif pid == 0:
    print("子進程")
    print("a = ",a)
    a = 10000
    print("a = ",a)
else:
    sleep(1)
    print("父進程")
    print("parent a :",a)    # a = 1

# 子進程
# a =  1
# a =  10000
# 父進程
# parent a : 1

3.1、進程ID和退出函數

os.getpid()獲取當前進程的PID號

返回值：返回PID號

os.getppid()獲取父類進程的進程號

返回值：返回PID號

import os

pid = os.fork()

if pid < 0:
  print("Error")
elif pid == 0:
  print("Child PID:", os.getpid())       # 26537
  print("Get parent PID:", os.getppid()) # 26536
else:
  print("Get child PID:", pid)           # 26537
  print("Parent PID:", os.getpid())      # 26536

os._exit(status)退出進程

參數：進程的退出狀態　　整數

sys.exit([status])退出進程

參數：默認為0　整數則表示退出狀態；符串則表示退出時打印內容

sys.exit([status])可以通過捕獲SystemExit異常阻止退出

import os,sys

# os._exit(0)                 # 退出進程
try:
    sys.exit("退出")
except SystemExit as e:
    print("退出原因：",e)    # 退出原因： 退出

四、孤兒和僵屍

4.1、孤兒進程

父進程先於子進程退出，此時子進程就會變成孤兒進程

孤兒進程會被系統指定的進程收養，即系統進程會成為該孤兒進程新的父進程。孤兒進程退出時該父進程會處理退出狀態

4.2、僵屍進程

子進程先與父進程退出，父進程沒有處理子進程退出狀態，此時子進程成為僵屍進程

僵屍進程已經結束，但是會滯留部分PCB信息在內存，大量的僵屍會消耗系統資源，應該盡量避免

4.3、如何避免僵屍進程的產生

父進程處理子進程退出狀態

pid, status = os.wait()

功能：在父進程中阻塞等待處理子進程的退出

返回值：pid 退出的子進程的PID號

status 子進程的退出狀態

import os, sys

pid = os.fork()

if pid < 0:
  print("Error")
elif pid == 0:
  print("Child process", os.getpid())   # Child process 27248
  sys.exit(1)
else:
  pid, status = os.wait()     # 阻塞等待子進程退出
  print("pid : ", pid)        # pid :  27248
  # 還原退出狀態
  print("status:", os.WEXITSTATUS(status))      # status: 1
  while True:
    pass

創建二級子進程

  • 父進程創建子進程等待子進程退出
  • 子進程創建二級子進程，然後馬上退出
  • 二級子進程成為孤兒，處理具體事件
import os
from time import sleep

def fun1():
    sleep(3)
    print("第一件事情")

def fun2():
    sleep(4)
    print("第二件事情")

pid = os.fork()

if pid < 0:
    print("Create process error")
elif pid == 0:          # 子進程
    pid0 = os.fork()    # 創建二級進程
    if pid0 < 0:
        print("創建二級進程失敗")
    elif pid0 == 0:     # 二級子進程
        fun2()          # 做第二件事
    else:               # 二級進程
        os._exit(0)     # 二級進程退出
else:
    os.wait()
    fun1()              # 做第一件事

# 第一件事情
# 第二件事情

通過信號處理子進程退出

原理: 子進程退出時會發送信號給父進程,如果父進程忽略子進程信號, 則系統就會自動處理子進程退出。

方法: 使用signal模塊在父進程創建子進程前寫如下語句 :

import signal

signal.signal(signal.SIGCHLD,signal.SIG_IGN)

特點 : 非阻塞,不會影響父進程運行。可以處理所有子進程退出

五、Multiprocessing創建進程

步驟：

  • 需要將要做的事情封裝成函數
  • multiprocessing.Process創建進程，並綁定函數
  • start啟動進程
  • join回收進程

p = multiprocessing.Process(target, [name], [args], [kwargs])

創建進程對象

參數：

  • target ： 要綁定的函數名
  • name ： 給進程起的名稱 （默認Process-1）
  • args：元組用來給target函數傳參
  • kwargs :字典用來給target函數鍵值傳參

p.start()

功能： 啟動進程 自動運行terget綁定函數。此時進程被創建

p.join([timeout])

功能： 阻塞等待子進程退出，最後回收進程

參數： 超時時間

multiprocessing的註意事項：

  • 使用multiprocessing創建進程子進程同樣復制父進程的全部內存空間，之後有自己獨立的空間，執行上互不幹擾
  • 如果不使用join回收可能會產生僵屍進程
  • 一般父進程功能就是創建子進程回收子進程，所有事件交給子進程完成
  • multiprocessing創建的子進程無法使用ptint
import multiprocessing as mp 
from time import sleep 
import os

a = 1

def fun():
    sleep(2)
    print("子進程事件",os.getpid())
    global a
    a = 10000
    print("a = ",a)

p = mp.Process(target = fun)    # 創建進程對象
p.start()   # 啟動進程
sleep(3)
print("這是父進程")
p.join()    # 回收進程
print("parent a:",a)

# 子進程事件 5434
# a =  10000
# 這是父進程
# parent a: 1

Process(target)

5.1、multiprocessing進程屬性

p.name ：進程名稱

p.pid ：對應子進程的PID號

p.is_alive()：查看子進程是否在生命周期

p.daemon： 設置父子進程的退出關系

如果等於True則子進程會隨父進程的退出而結束，就不用使用 join()，必須要求在start()前設置

六、進程池

引言：如果有大量的任務需要多進程完成，而任務周期又比較短且需要頻繁創建。此時可能產生大量進程頻繁創建銷毀的情況，消耗計算機資源較大，這個時候就需要進程池技術

進程池的原理：創建一定數量的進程來處理事件,事件處理完進程不退出而是繼續處理其他事件,直到所有事件全都處理完畢統一銷毀。增加進程的重復利用,降低資源消耗。

1．創建進程池，在池內放入適當數量的進程

from multiprocessing import Pool

Pool(processes)　　創建進程池對象

  • 參數：進程數量
  • 返回 ：指定進程數量，默認根據系統自動判定

2．將事件封裝函數，放入到進程池

pool.apply_async(fun,args,kwds)　　將事件放入進程池執行

參數：

  • fun 要執行的事件函數
  • args 以元組為fun傳參
  • kwds 以字典為fun傳參

返回值 ：返回一個事件對象 通過get()屬性函數可以獲取fun的返回值

3．關閉進程池

pool.close()：關閉進程池，無法再加入事件

4．回收進程

pool.join()：回收進程池

from multiprocessing import Pool
from time import sleep,ctime

pool = Pool(4)    # 創建進程池
# 進程池事件
def worker(msg):
  sleep(2)
  print(msg)
  return ctime()

# 向進程池添加執行事件
for i in range(4):
  msg = "Hello %d"%i

  # r 代表func事件的一個對象
  r = pool.apply_async(func=worker,args=(msg,))

pool.close()    # 關閉進程池
pool.join()     # 回收進程池

# Hello 3
# Hello 2
# Hello 0
# Hello 1

七、進程間通信(IPC)

由於進程間空間獨立，資源無法共享，此時在進程間通信就需要專門的通信方法。

進程間通信方法 ： 管道 消息隊列 共享內存 信號信號量 套接字

7.1、管道通信(Pipe)

通信原理：在內存中開辟管道空間，生成管道操作對象，多個進程使用同一個管道對象進行讀寫即可實現通信　

from　multiprocessing import Pipe

fd1, fd2 = Pipe(duplex = True)

  • 功能：創建管道
  • 參數：默認表示雙向管道，如果為False 表示單向管道
  • 返回值：表示管道兩端的讀寫對象；如果是雙向管道均可讀寫；如果是單向管道fd1隻讀 fd2隻寫

fd.recv()

  • 功能 : 從管道獲取內容
  • 返回值:獲取到的數據，當管道為空則阻塞

fd.send(data)

  • 功能: 向管道寫入內容
  • 參數: 要寫入的數據

註意：

  • multiprocessing中管道通信隻能用於父子關系進程中
  • 管道對象在父進程中創建，子進程通過父進程獲取
from multiprocessing import Pipe, Process

fd1, fd2 = Pipe()   # 創建管道，默認雙向管道
def fun1():
  data = fd1.recv()     # 從管道獲取消息
  print("管道２傳給管道１的數據", data)
  inpu = "跟你說句悄悄話"
  fd1.send(inpu)

def fun2():
  fd2.send("肥水不流外人天")
  data = fd2.recv()
  print("管道１傳給管道２的數據", data)

p1 = Process(target=fun1)
P2 = Process(target=fun2)

p1.start()
P2.start()

p1.join()
P2.join()
# 管道２傳給管道１的數據 肥水不流外人天
# 管道１傳給管道２的數據 跟你說句悄悄話

7.2、消息隊列

從內存中開辟隊列結構空間，多個進程可以向隊列投放消息，在取出來的時候按照先進先出順序取出

q = Queue(maxsize = 0)　　

創建隊列對象

  • maxsize ：默認表示系統自動分配隊列空間；如果傳入正整數則表示最多存放多少條消息
  • 返回值 ： 隊列對象

q.put(data,[block,timeout])　　

向隊列中存入消息

  • data：存放消息（python數據類型）
  • block：默認為True表示當前隊列滿的時候阻塞，設置為False則表示非阻塞
  • timeout：當block為True表示超時時間

返回值：返回獲取的消息

q.get([block,timeout])

從隊列取出消息

  • 參數:block 設置是否阻塞 False為非阻塞；timeout 超時檢測
  • 返回值: 返回獲取到的內容

q.full()：判斷隊列是否為滿

q.empty()：判斷隊列是否為空

q.qsize()：判斷當前隊列有多少消息

q.close()：關閉隊列

from multiprocessing import Process, Queue
from time import sleep
from random import randint

#  創建消息隊列
q = Queue(3)


# 請求進程
def request():
  for i in range(2):
    x = randint(0, 100)
    y = randint(0, 100)
    q.put((x, y))


# 處理進程
def handle():
  while True:
    sleep(1)
    try:
      x, y = q.get(timeout=2)
    except:
      break
    else:
      print("%d + %d = %d" % (x, y, x + y))


p1 = Process(target=request)
p2 = Process(target=handle)
p1.start()
p2.start()
p1.join()
p2.join()
# 12 + 61 = 73
# 69 + 48 = 117

7.3、共享內存

在內存中開辟一段空間，存儲數據，對多個進程可見，每次寫入共享內存中的數據會覆蓋之前的內容，效率高，速度快

from multiprocessing import Value, Array

obj = Value(ctype,obj)

功能：開辟共享內存空間

參數：

ctype：字符串，要轉變的c的數據類型，對比類型對照表

obj：共享內存的初始化數據

返回：共享內存對象

from multiprocessing import Process,Value
import time
from random import randint

# 創建共享內存
money = Value('i', 5000)

#  修改共享內存
def man():
  for i in range(30):
    time.sleep(0.2)
    money.value += randint(1, 1000)

def girl():
  for i in range(30):
    time.sleep(0.15)
    money.value -= randint(100, 800)

m = Process(target=man)
g = Process(target=girl)
m.start()
g.start()
m.join()
g.join()

print("一月餘額:", money.value)   # 獲取共享內存值
# 一月餘額: 4264

obj = Array(ctype,obj)

功能：開辟共享內存

參數：

ctype：要轉化的c的類型

obj：要存入共享的數據

如果是列表將列表存入共享內存，要求數據類型一致

如果是正整數表示開辟幾個數據空間

from multiprocessing import Process, Array

# 創建共享內存
# shm = Array('i',[1,2,3])
# shm = Array('i',3)  # 表示開辟三個空間的列表
shm = Array('c',b"hello") #字節串

def fun():
  # 共享內存對象可迭代
  for i in shm:
    print(i)
  shm[0] = b'H'

p = Process(target=fun)
p.start()
p.join()

for i in shm:   # 子進程修改，父進程中也跟著修改
  print(i)

print(shm.value) # 打印字節串　b'Hello'

7.4、信號量(信號燈集)

通信原理：給定一個數量對多個進程可見。多個進程都可以操作該數量增減,並根據數量值決定自己的行為。

from multiprocessing import Semaphore
sem = Semaphore(num)

創建信號量對象

  • 參數 : 信號量的初始值
  • 返回值 : 信號量對象

sem.acquire()將信號量減1 當信號量為0時阻塞

sem.release()將信號量加1

sem.get_value()獲取信號量數量

from multiprocessing import Process, Semaphore

sem = Semaphore(3)    # 創建信號量，最多允許３個任務同時執行

def rnewu():
  sem.acquire()   # 每執行一次減少一個信號量
  print("執行任務.....執行完成")
  sem.release()   # 執行完成後增加信號量


for i in range(3):  # 有３個人想要執行任務
  p = Process(target=rnewu)
  p.start()
  p.join()

以上就是詳解python網絡進程的詳細內容，更多關於python網絡進程的資料請關註WalkonNet其它相關文章！

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