Python渗透系列——TCP扫描器之多线程：threading模块（1）

引言：

学了网络安全快一年了，都是学一会玩一会，感觉什么都没学进去，什么知识点都知道，但是一做题、一打比赛全部都要去谷歌和翻看自己以前的笔记，什么都没有记在脑子里。

在懵的时候突然看到网页上有一篇文章，这种情况可以写作博客，写的让新手都知道。这篇文章让我想起了我刚开始学的时候，刷知识点的时候都是一脸蒙，没有人带真的看不懂，所以我就加入写博客的队列中，把自己学习过程的细节全部写下来，写出一篇篇让新手通俗易懂的文章。在后续也写一些自己总结起来的笔记，方便做题渗透比赛的时候参考！！！！！

前言：

在渗透测试的初步阶段通常我们都需要对攻击目标进行信息搜集，

而端口扫描就是信息搜集中至关重要的一个步骤。

通过端口扫描我们可以了解到目标主机都开放了哪些服务，

甚至能根据服务猜测可能存在某些漏洞。

但是端口有那么多，一个一个扫要多久呀！！！

在用户浏览网页的过程中，我们可能会看到许多好看的图片，比如

http://image.baidu.com/ ，如果我们想把

图片大量的保留下来，我们就需要到爬虫相关知识来爬取图片。

在Python爬虫中，爬取一张图片可能需要1秒，但如果爬取一百张呢，一千张、一万张呢？

那要多长时间呀。

以上两种脚本编写证明了学习多线程的必要性，

所以这几节我们将围绕多线程并发来学习，本节将讲解·threading如何使用。

一、多线程的相关概念

程序、进程、线程的区别

• 计算机的核心是CPU，它承担了所有的计算任务。它就像一座工厂，时刻在运行。
• 假定工厂的电力有限，一次只能供给一个车间使用。也就是说，一个车间开工的时候，其他车间都必须停工。背后的含义就是，单个CPU一次只能运行一个任务。（多核CPU就相当于有多个发电站，使好多车间同时运行）
• 而一个车间可以有多个工人，他们协同完成一个任务。这里就可以看出进程相当于车间，线程相当于工人，车间和工人都可以多个，一个车间代表一个进程，车间里有多个工人代表多个线程。
• 车间中许多房间是工人共享的，比如很多房间工人都是可以随意进出的。这象征着一个进程的内存空间是共享的，每个线程都可以使用这些共享的内存。
• 可是每个房间的面积都是不一样的。
• 有些只能容纳一个人，比如厕所。同时只能容纳一个人(如果两个人的话，嘿嘿嘿！！！)，里面有人的时候，其他人就不能进去了。这代表一个线程使用某些共享内存时，其他线程必须等它结束，才能使用这一块内存。
• 所以进入厕所后会在外面亮灯提醒有人，等里面的人出来后你才能进去，而我们叫他它做互斥锁（Mutual exclusion，缩写 Mutex），防止多个线程同时读写某一块内存区域。
• 还有些房间，可以容纳多人，不如饭堂。但厨房也有面积限制，比如最多10人，这时多的人就要在外面等待了。这好比某些内存区域，只能供给固定数目的线程使用。
• 这时的解决方法，就是在门口挂n把钥匙。进去的人就取一把钥匙，出来时再把钥匙挂回原处。后到的人发现钥匙架空了，就知道必须在门口排队等着了。这种做法叫做信号量（Semaphore），在某种情况下叫做线程池，用来保证多个线程不会互相冲突。
• 不难看出，mutex是semaphore的一种特殊情况（n=1时）。也就是说，完全可以用后者替代前者。但是，因为mutex较为简单，且效率高，所以在必须保证资源独占的情况下，还是采用这种设计。总结：只能容纳一个人的叫使用互斥锁，能容纳多人的使用信号量。当然，还有其他的解决方法，这个放在后面一起细讲

信号量和线程池的区别，使用线程池，实际工作线程由线程池创建；使用Seamphore，实际工作的线程由你自己创建。

二、线程的周期

线程的周期

各个状态说明：

• 1.New(新建)，新创建的线程进过初始化，进入Runnable(就绪)状态；undefined三、并行和并发并行是同时处理多个任务，而并发则是处理多个任务，而不一定要同时。 并行可以说是并发的子集。
• 2.Runnable(就绪)，等待线程调度，调度后进入Running(运行)状态；
• 3.Running(运行)，线程正常运行，期间可能会因为某些情况进入Blocked(堵塞) 状态(同步锁；调用了sleep()和join()方法进入Sleeping状态；执行wait() 方法进入Waiting状态，等待其他线程notify通知唤醒)；
• 4.Blocked(堵塞)，线程暂停运行，解除堵塞后进入Runnable(就绪)状态 重新等待调度；
• 5.Dead(死亡)：线程完成了它的任务正常结束或因异常导致终止；

四、同步和异步

• 同步的意思就是说，来第一个点菜，点了个鱼，好， 厨师去捉鱼杀鱼，过了半小时鱼好了给第一位客人，开始下位一位客人，就这样一个一个来，按顺序来
• 异步呢，异步的意思就是来第一位客人，点什么，点鱼，给它一个牌子，让他去一边等吧，下一位客人接着点菜，点完接着点让厨师做去吧，哪个的菜先好就先端出来

同步的优点是：同步是按照顺序一个一个来，不会乱掉，更不会出现上面代码没有执行完就执行下面的代码， 缺点：是解析的速度没有异步的快；

异步的优点是：异步是接取一个任务，直接给后台，在接下一个任务，一直一直这样，谁的先读取完先执行谁的， 缺点：没有顺序 ，谁先读取完先执行谁的 ，会出现上面的代码还没出来下面的就已经出来了，会报错；

五、死锁，饥饿与活锁

• 死锁：是指两个或两个以上的进程（或线程）在执行过程中，因争夺资源而造成的一种互相等待的现象，若无外力作用，它们都将无法推进下去。此时称系统处于死锁状态或系统产生了死锁，这些永远在互相等待的进程称为死锁进程。undefined六、守护线程后台线程，是一种为其他线程提供服务的线程。 如果你设置一个线程为守护线程，，就表示你在说这个线程是不重要的，在进程退出的时候，不用等待这个线程退出。如果你的主线程在退出的时候，不用等待那些子线程完成。 通俗的讲：守护线程就是告诉主进程你做就好了，不要等我！差不多等于刺客经常抢完人头就把队友买了的意思！
• 活锁：是指线程1可以使用资源，但它很礼貌，让其他线程先使用资源，线程2也可以使用资源，但它很绅士，也让其他线程先使用资源。这样你让我，我让你，最后两个线程都无法使用资源。
• 饥饿：是指如果线程T1占用了资源R，线程T2又请求封锁R，于是T2等待。T3也请求资源R，当T1释放了R上的封锁后，系统首先批准了T3的请求，T2仍然等待。然后T4又请求封锁R，当T3释放了R上的封锁之后，系统又批准了T4的请求......，T2可能永远等待。

七、python中的GIL

GIL是什么，它叫全局解释器锁GIL（Global Interperter Lock），GIL并不是Python语言的特性，它是在现实CPython解释器时引用的一个概念。GIL只在Python解释器上存在。作用是保证同一时间内只有一个线程在执行。

是不是觉得跟互斥锁差不多，但其实还是有差别的。

• 线程互斥锁是Python代码层面的锁，解决Python程序中多线程共享资源的问题。
• GIL是CPython解释层面的锁，解决解释器中多个线程的竞争资源问题。

那这个python有了GIL不就变成单线程了吗，那还要多线程干嘛，不如去用多进程呀！！

不不不，虽然在CPU密集型任务中使用多进程比使用多线程跟节省资源，但是在IO密集型任务中，多线程比多进程效率高。

所以其实是各有优点

八、CPU密集型和IO密集型

在上面讲到了在CPU密集型和IO密集型中那个使用多进程更好，那我们就再来讲一下CPU密集型和IO密集型的区别。

• CPU密集型也叫计算密集型，指的是系统的硬盘、内存性能相对CPU要好很多，此时，系统运作大部分的状况是CPU Loading 100%，CPU要读/写I/O(硬盘/内存)，I/O在很短的时间就可以完成，而CPU还有许多运算要处理，CPU Loading很高。
• IO密集型指的是系统的CPU性能相对硬盘、内存要好很多，此时，系统运作，大部分的状况是CPU在等I/O (硬盘/内存) 的读/写操作，此时CPU Loading并不高。往简单说，意思就是
  • CPU 密集型：程序比较偏重于计算，需要经常使用 CPU 来运算。也就是说CPU计算占主要的任务，CPU一直处于满负荷状态。

I/O 密集型：顾名思义就是程序需要频繁进行输入输出操作。指磁盘IO、网络IO占主要的任务，计算量很小。

在python中CPU密集型任务主要使用多进程。例子：复杂的加减乘除，科学计算程序，计算圆周率、对视频进行高清解码等大型运算。

而IO密集型任务适合使用多线程。例子：文件处理、爬虫。

九、Python多线程可能使用的库

学习多线程基础用的得到的是threading和queue

• thread——比较老的模块了，被threading给代替了
• threading——多线程使用的库
• multiprocessing ——多进程使用的库
• queue——提供同步的、线程安全的队列类
• time-用来控制时间

下一章将会详细讲解threading怎么用