python 並發編程

標籤：系統維護   windows   linux   主機   時間片   image   登入   狀態   守護   

一、 進程理論1.什麼是進程

進程：進行中的一個過程或者說一個任務。而負責執行任務則是cpu

2.程式與進程的區別

程式僅僅只是一堆代碼而已，而進程指的是程式的運行過程

舉例：

廚師 為 A客人製作蛋糕，廚師有：

• 做蛋糕的食譜
• 原料：雞蛋、麵粉、水

在這個比喻中：

• 食譜對應程式
• 廚師對應電腦中的CPU
• 原料 為輸入的資料
• 廚師閱讀食譜、取出原料、製作的等一系列動作的總和對應 電腦中的進程

這個時候來了一個客人B，要求先為客人B製作蛋撻，因為 B 更加重要，於是，廚師記錄下剛剛蛋糕做到哪一步了（儲存進程狀態）。

然後開始看蛋撻的食譜，開始做蛋撻(切換到高優先順序的進程)

蛋撻做完後，回來繼續做蛋糕，從他離開時候的那一步繼續往下做。

需要強調的是：同一個程式執行兩次，那也是兩個進程，比如，開啟兩個QQ，各自登入不同的帳號

3.並發與並行

無論是並行還是並發，在使用者看來都是‘同時‘啟動並執行，不管是進程還是線程，都只是一個任務而已，真正幹活的是cpu，cpu來做這些任務，而一個cpu同一時刻只能執行一個任務

1.並發：是偽並行，即看起來是同時運行。單個cpu+多道技術就可以實現並發

舉例（單核+多道，實現多個進程的並發執行）：

張三同一時間要做多件事情：寫作業、練聽力、看美劇，但是張三同一個時間裡只能做一件事，

所以為了實現多個任務並發執行的效果，可以寫一會作業，然後練習聽力，再看一會美劇

2.並行：同時運行，只有具備多個cpu才能實現並行

單核下，可以利用多道技術，多個核，每個核也都可以利用多道技術（多道技術是針對單核而言的）

有四個核，六個任務，這樣同一時間有四個任務被執行，假設分別被分配給了cpu1，cpu2，cpu3，cpu4，

一旦任務1遇到I/O就被迫中斷執行，此時任務5就拿到cpu1的時間片去執行，這就是單核下的多道技術

而一旦任務1的I/O結束了，作業系統會重新調用它(需知進程的調度、分配給哪個cpu運行，由作業系統說了算)

可能被分 配給四個cpu中的任意一個去執行

4.進程的建立 （瞭解）

但凡是硬體，都需要有作業系統去管理，只要有作業系統，就有進程的概念，就需要有建立進程的方式，一些作業系統只為一個應用程式設計，比如微波爐中的控制器，一旦啟動微波爐，所有的進程都已經存在。

而對於通用系統（跑很多應用程式），需要有系統運行過程中建立或撤銷進程的能力，主要分為4中形式建立新的進程

1. 系統初始化（查看進程linux中用ps命令，windows中用工作管理員，前台進程負責與使用者互動，後台啟動並執行進程與使用者無關，運行在後台並且只在需要時才喚醒的進程，稱為守護進程，如電子郵件、web頁面、新聞、列印）
2. 一個進程在運行過程中開啟了子進程（如nginx開啟多進程，os.fork,subprocess.Popen等）
3. 使用者的互動式請求，而建立一個新進程（如使用者雙擊暴風影音）
4. 一個批次工作的初始化（只在大型主機的批處理系統中應用）

無論哪一種，新進程的建立都是由一個已經存在的進程執行了一個用於建立進程的系統調用而建立的：

1. 在UNIX中該系統調用是：fork，fork會建立一個與父進程一模一樣的副本，二者有相同的儲存映像、同樣的環境字串和同樣的開啟檔案（在shell解譯器進程中，執行一個命令就會建立一個子進程）
2. 在windows中該系統調用是：CreateProcess，CreateProcess既處理進程的建立，也負責把正確的程式裝入新進程。

關於建立的子進程，UNIX和windows

1.相同的是：進程建立後，父進程和子進程有各自不同的地址空間（多道技術要求物理層面實現進程之間記憶體的隔離），任何一個進程的在其地址空間中的修改都不會影響到另外一個進程。

2.不同的是：在UNIX中，子進程的初始地址空間是父進程的一個副本，提示：子進程和父進程是可以有唯讀共用記憶體區的。但是對於windows系統來說，從一開始父進程與子進程的地址空間就是不同的。

5.進程的終止

1. 正常退出（自願，如使用者點擊互動式頁面的叉號，或程式執行完畢調用發起系統調用正常退出，在linux中用exit，在windows中用ExitProcess）

2. 出錯退出（自願，python a.py中a.py不存在）

3. 嚴重錯誤（非自願，執行非法指令，如引用不存在的記憶體，1/0等，可以捕捉異常，try...except...）

4. 被其他進程殺死（非自願，如kill -9）

6.進程的階層

無論UNIX還是windows，進程只有一個父進程，不同的是：

1. 在UNIX中所有的進程，都是以init進程為根，組成樹形結構。父子進程共同組成一個進程組，這樣，當從鍵盤發出一個訊號時，該訊號被送給當前與鍵盤相關的進程組中的所有成員。
2. 在windows中，沒有進程層次的概念，所有的進程都是地位相同的，唯一類似於進程層次的暗示，是在建立進程時，父進程得到一個特別的令牌（稱為控制代碼）,該控制代碼可以用來控制子進程，但是父進程有權把該控制代碼傳給其他子進程，這樣就沒有層次了。

7.進程並發的實現

進程並發的實現在於，硬體中斷一個正在啟動並執行進程，把此時進程啟動並執行所有狀態儲存下來，為此，作業系統維護一張表格，即進程表（process table），每個進程佔用一個進程表項（這些表項也稱為進程式控制制塊）

該表存放了進程狀態的重要訊息：程式計數器、堆棧指標、記憶體配置狀況、所有開啟檔案的狀態、帳號和調度資訊，以及其他在進程由運行態轉為就緒態或阻塞態時，必須儲存的資訊，從而保證該進程在再次啟動時，就像從未被中斷過一樣。

8. 補充 必備理論基礎

一 作業系統的作用：
1：隱藏醜陋複雜的硬體介面，提供良好的抽象介面
2：管理、調度進程，並且將多個進程對硬體的競爭變得有序
二 多道技術：
1.產生背景：針對單核，實現並發
ps：
現在的主機一般是多核，那麼每個核都會利用多道技術
有4個cpu，運行於cpu1的某個程式遇到io阻塞，會等到io結束再重新調度，會被調度到4個
cpu中的任意一個，具體由作業系統調度演算法決定。
2.空間上的複用：如記憶體中同時有多道程式
3.時間上的複用：複用一個cpu的時間片
強調：遇到io切，佔用cpu時間過長也切，核心在於切之前將進程的狀態儲存下來，這樣
才能保證下次切換回來時，能基於上次切走的位置繼續運行

python 並發編程