Python学习笔记__10.1章 多进程

Posted 2020-11-05

# 这是学习廖雪峰老师python教程的学习笔记

1、概览

Unix/Linux操作系统提供了一个fork()系统调用。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。

1.1、创建子进程

Python的os模块封装了常见的系统调用，其中就包括fork

import os

 

print('Process (%s) start...' % os.getpid()) #打印父进程 ID

pid = os.fork()   # os.fork()的返回值赋给 pid

if pid == 0:  # 返回值是0，说明这是子进程空间

    print('I am child process (%s) and my parent is %s.' % (os.getpid(), os.getppid()))

else:

    print('I (%s) just created a child process (%s).' % (os.getpid(), pid))

# 运行结果

Process (876) start...

I (876) just created a child process (877).

I am child process (877) and my parent is 876.

有了fork调用，一个进程在接到新任务时就可以复制出一个子进程来处理新任务，常见的Apache服务器就是由父进程监听端口，每当有新的http请求时，就fork出子进程来处理新的http请求。

2、multiprocessing

multiprocessing模块是跨平台版本的多进程模块

2.1、创建子进程

multiprocessing模块提供了一个Process类来代表一个进程对象

from multiprocessing import Process

import os

 

# 子进程要执行的代码

def run_proc(name):

    print('Run child process %s (%s)...' % (name, os.getpid()))

 

if __name__=='__main__':

    print('Parent process %s.' % os.getpid())

    p = Process(target=run_proc, args=('test',))  # target指定子进程，args指定参数

    print('Child process will start.')

    p.start() #start() 方法启动

    p.join()  # join()方法可以等待子进程结束后再继续往下运行，通常用于进程间的同步

    print('Child process end.')

3、Pool

如果要启动大量的子进程，可以用进程池的方式批量创建子进程：

from multiprocessing import Pool

import os, time, random

 

def long_time_task(name):    # 提示执行的任务，并打印任务的执行时间

    print('Run task %s (%s)...' % (name, os.getpid()))

    start = time.time()

    time.sleep(random.random() * 3)  #休眠。random是类。它有个方法叫random

    end = time.time()

    print('Task %s runs %0.2f seconds.' % (name, (end - start)))

 

if __name__=='__main__':

    print('Parent process %s.' % os.getpid())

    p = Pool(4)     # 同时可以运行的进程数。由系统CPU_physical核数决定

    for i in range(5):

        p.apply_async(long_time_task, args=(i,)) # 异步执行任务

    print('Waiting for all subprocesses done...')

    p.close()  # 调用join()之前必须先调用close()，调用close()之后就不能继续添加新的Process

    p.join()  #  join()方法会等待所有子进程执行完毕

    print('All subprocesses done.')

# 执行结果

Parent process 669.

Waiting for all subprocesses done...

Run task 0 (671)...

Run task 1 (672)...

Run task 2 (673)...

Run task 3 (674)...

Task 2 runs 0.14 seconds.

Run task 4 (673)...

Task 1 runs 0.27 seconds.

Task 3 runs 0.86 seconds.

Task 0 runs 1.41 seconds.

Task 4 runs 1.91 seconds.

All subprocesses done.

4、子进程

很多时候，子进程并不是自身，而是一个外部进程。我们创建了子进程后，还需要控制子进程的输入和输出。

subprocess模块可以让我们非常方便地启动一个子进程，然后控制其输入和输出。

# 在Python代码中运行命令nslookup www.python.org

import subprocess

 

print('$ nslookup www.python.org')

r = subprocess.call(['nslookup', 'www.python.org']) # 调用call()方法，执行命令nslookup，参数为网址

print('Exit code:', r)  # 打印r的返回值。0表示无错误

 

# 向子进程输入参数（测试有误，问题待查）

如果子进程还需要输入，则可以通过communicate()方法输入

import subprocess

 

print('$ nslookup')

# Popen()方法，创建新进程。PIPE，表示设置文件对象。

# stdin用来提供输入到新创建的子进程

# stdout用来保存新创建的子进程的输出

# stderr用来保存新创建的子进程的错误输出。

p = subprocess.Popen(['nslookup'], stdin=subprocess.PIPE, stdout=subprocess.PIPE, stderr=subprocess.PIPE)

output, err = p.communicate(b'set q=mx\npython.org\nexit\n')  #输入参数，\n是换行符。b''表示将其转化为bytes

print(output.decode('utf-8'))   #解码

print('Exit code:', p.returncode)

 

参考文档：

python类库[进程subprocess与管道pipe] (https://blog.csdn.net/xumingwei12345/article/details/51941183)

 

5、进程间通信

Process之间肯定是需要通信的，操作系统提供了很多机制来实现进程间的通信。

Python的multiprocessing模块包装了底层的机制，提供了Queue、Pipes等多种方式来交换数据。

# 父进程中创建两个子进程，一个往Queue里写数据，一个从Queue里读数据

from multiprocessing import Process, Queue

import os, time, random

 

# 写数据进程执行的代码:

def write(q):

    print('Process to write: %s' % os.getpid())

    for value in ['A', 'B', 'C']:

        print('Put %s to queue...' % value)

        q.put(value) # 往Queue() 中放入数据

        time.sleep(random.random())

 

# 读数据进程执行的代码:

def read(q):

    print('Process to read: %s' % os.getpid())

    while True:  # 死循环

        value = q.get(True)

        print('Get %s from queue.' % value)

 

if __name__=='__main__':

    # 父进程创建Queue，并传给各个子进程：

    q = Queue()

    pw = Process(target=write, args=(q,))

    pr = Process(target=read, args=(q,))

    # 启动子进程pw，写入:

    pw.start()

    # 启动子进程pr，读取:

    pr.start()

    # 等待pw结束:

    pw.join()

    # pr进程里是死循环，无法等待其结束，只能强行终止:

    pr.terminate()

# 运行结果如下：

Process to write: 50563

Put A to queue...

Process to read: 50564

Get A from queue.

Put B to queue...

Get B from queue.

Put C to queue...

Get C from queue.

 

6、小结

在Unix/Linux下，可以使用fork()调用实现多进程。

要实现跨平台的多进程，可以使用multiprocessing模块。

进程间通信是通过Queue、Pipes等实现的。