【python进阶】深入理解系统进程1

前言

之前程序执⾏都是⼀条腿⾛路,甚⾄是⽤⼀杆枪来打天下。

通过系统编程的学习,会让⼤家有“多条腿”⼀起⾛路,就好⽐有了⼀把机关枪。

此篇为深入理解进程第一篇,下面开始今天的说明~~~

多任务的引入

现实生活中

有很多的场景中的事情是同时进⾏的,⽐如开⻋的时候⼿和脚共同来驾驶汽⻋,再⽐如唱歌跳舞也是同时进⾏的; 如下视频是:迈克杰克逊的⼀段视频:

http://v.youku.com/v_show/id_XMzE5NjEzNjA0.html

试想,如果把唱歌和跳舞这2件事情分开依次完成的话,估计就没有那么好的效果了(想⼀下场景:先唱歌,然后在跳舞,O(∩_∩)O哈哈~)

程序中

如下程序,来模拟“唱歌跳舞”这件事情

from time import sleep

def sing():
    for i in range(3):
        print("正在唱歌...%d"%i)
        sleep(1)

def dance():
    for i in range(3):
        print("正在跳舞...%d"%i)
        sleep(1)

if __name__ == '__main__':
    sing()#唱歌
    dance()#跳舞

运行结果如下:

!!!注意:

  • 很显然刚刚的程序并没有完成唱歌和跳舞同时进⾏的要求 
  • 如果想要实现“唱歌跳舞”同时进⾏,那么就需要⼀个新的⽅法,叫做:多任务

多任务的概念

什么叫“多任务”呢?简单地说,就是操作系统可以同时运⾏多个任务。打个⽐⽅,你⼀边在⽤浏览器上⽹,⼀边在听MP3,⼀边在⽤Word赶作业,这就 是多任务,⾄少同时有3个任务正在运⾏。还有很多任务悄悄地在后台同时运⾏着,只是桌⾯上没有显示⽽已。

现在,多核CPU已经⾮常普及了,但是,即使过去的单核CPU,也可以执⾏多任务。由于CPU执⾏代码都是顺序执⾏的,那么,单核CPU是怎么执⾏多任务的呢? 答案就是操作系统轮流让各个任务交替执⾏,任务1执⾏0.01秒,切换到任务2,任务2执⾏0.01秒,再切换到任务3,执⾏0.01秒……这样反复执⾏下去。 表⾯上看,每个任务都是交替执⾏的,但是,由于CPU的执⾏速度实在是太快了,我们感觉就像所有任务都在同时执⾏⼀样。

真正的并⾏执⾏多任务只能在多核CPU上实现,但是,由于任务数量远远多 于CPU的核⼼数量,所以,操作系统也会⾃动把很多任务轮流调度到每个核⼼上执⾏。

进程的创建-fork 

1. 进程 VS 程序

编写完毕的代码,在没有运⾏的时候,称之为程序 正在运⾏着的代码,就成为进程 进程,除了包含代码以外,还有需要运⾏的环境等,所以和程序是有区别的。

2. fork( )

Python的os模块封装了常⻅的系统调⽤,其中就包括fork,可以在Python程 序中轻松创建⼦进程:

import os

# 注意:fork函数,只在Unix/Linux/Mac上运行,windows不可以
pid = os.fork()

if pid == 0:
    print('哈哈1')
else:
    print('哈哈2')

运行结果:

说明:

  • 程序执⾏到os.fork()时,操作系统会创建⼀个新的进程(⼦进程),然后复制⽗进程的所有信息到⼦进程中 
  • 然后⽗进程和⼦进程都会从fork()函数中得到⼀个返回值,在⼦进程中这 个值⼀定是0,⽽⽗进程中是⼦进程的id号

在Unix/Linux操作系统中,提供了⼀个fork()系统函数,它⾮常特殊。 普通的函数调⽤,调⽤⼀次,返回⼀次,但是fork()调⽤⼀次,返回两次,因 为操作系统⾃动把当前进程(称为⽗进程)复制了⼀份(称为⼦进程),然 后,分别在⽗进程和⼦进程内返回。 ⼦进程永远返回0,⽽⽗进程返回⼦进程的ID。 这样做的理由是,⼀个⽗进程可以fork出很多⼦进程,所以,⽗进程要记下 每个⼦进程的ID,⽽⼦进程只需要调⽤getppid()就可以拿到⽗进程的ID。

3. getpid()、getppid()

import os

rpid = os.fork()
if rpid<0:
    print("fork调用失败。")
elif rpid == 0:
    print("我是子进程(%s),我的父进程是(%s)"%(os.getpid(),os.getppid()))
    x+=1
else:
    print("我是父进程(%s),我的子进程是(%s)"%(os.getpid(),rpid))

print("父子进程都可以执行这里的代码")

运⾏结果:

多进程修改全局变量

import os
import time 

num = 0

#注意:fork函数,只在Unix/Linux/Mac上运行,windows不可以
pid = os.fork()

if pid == 0:
    num+=1
    print("哈哈1---num=%d"%num)

else:
    time.sleep(1)
    num+=1
    print("哈哈2---num=%d"%num)

运行结果:

总结:

多进程中,每个进程中所有数据(包括全局变量)都各有拥有⼀份,互不影响

多次fork问题

如果在⼀个程序,有2次的fork函数调⽤,是否就会有3个进程呢?

import os
import time

# 注意,fork函数,只在Unix/Linux/Mac上运行,windows不可以
pid = os.fork()
if pid == 0:
    print('哈哈1')
else:
    print('哈哈2')

pid = os.fork()
if pid == 0:
    print('哈哈3')
else:
    print('哈哈4')

time.sleep(1)

运行结果:

说明:

⽗⼦进程的执⾏顺序

⽗进程、⼦进程执⾏顺序没有规律,完全取决于操作系统的调度算法

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