Python进程管理

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一、多任务原理

• 概念

  现代操作系统比如 Mac OS X，UNIX，Linux，Windows 等，都是支持“多任务”的操作系统

• 什么叫多任务？

  就是操作系统可以同时运行多个任务

• 单核 CPU 实现多任务原理

• 多核 CPU 实现多任务原理

• 实现多任务的方式

  • 多进程模式

    启动多个进程，每个进程虽然只有一个线程，但是多个进程可以一起执行多个任务

  • 多线程模式

    启动一个进程，在一个进程的内部启动多个线程，这样多个线程也可以一起执行多个任务

  • 多进程 + 多线程

    启动多个进程，每个进程再启动多个线程

  • 协程

  • 多进程 + 协程

二、进程

1、概念

• 什么是进程？

  是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动，是系统进行资源分配和调度的基本单位，是操作系统结构的基础。在早期面向进程设计的计算机结构中，进程是程序的基本执行实体；在当代面向线程设计的计算机结构中，进程是线程的容器。程序是指令、数据及其组织形式的描述，进程是程序的实体

• 对于操作系统

  一个任务就是一个进程。比方说打开浏览器就是启动一个浏览器的进程，在打开一个记事本就启动一个记事本进程，如果打开两个记事本就启动两个记事本进程

• 注意

  进程是系统中程序执行和资源分配的基本单位。每个进程有自己的数据段、代码段和堆栈段

2、使用进程

• 单进程现象

  import time
  
  def run1():
      while 1:
          print("zutuanxue_com is a good man")
          time.sleep(1)
  
  def run2():
      while 1:
          print("zutuanxue_com is a nice man")
          time.sleep(1)
  
  if __name__ == "__main__":
      run1()
      # 不会执行 run2() 函数，只有上面的 run1() 结束才能执行 run2()
      run2()
  

• 启动进程实现多任务

  • multiprocessing 模块

    跨平台的多进程模块，提供了一个 Process 类用来示例化一个进程对象

  • Process 类

    作用：创建进程 (子进程)

    参数	说明
    target	指定进程执行的任务
    args	给进程函数传递的参数，是一个元组

    注意：此时进程被创建，但是不会启动进程执行

    启动进程：Process 对象.start()

  • 示例代码

    import time
    
    from multiprocessing import Process
    
    def run1(name):
        while 1:
            print("%s is a good man"%name)
            time.sleep(1)
    
    def run2():
        while 1:
            print("zutuanxue_com is a nice man")
            time.sleep(1)
    
    if __name__ == "__main__":
        # 程序启动时的进程称为主进程 (父进程)
        
        # 创建进程并启动 
        p = Process(target=run1, args=("kaige",))
        p.start()
    
        # 主进程执行 run2() 函数 
        run2()
    

• 主进程负责调度

  主进程主要做的是调度相关的工作，一般不负责具体业务逻辑

  import time
  from multiprocessing import Process
  
  def run1():
      for i in range(7):
          print("zutuanxue_com is a good man")
          time.sleep(1)
  
  def run2(name, word):
      for i in range(5):
          print("%s is a %s man"%(name, word))
          time.sleep(1)
  
  if __name__ == "__main__":
      t1 = time.time()
  
      # 创建两个进程分别执行 run1、run2
      p1 = Process(target=run1)
      p2 = Process(target=run2, args=("kaige", "cool"))
  
      # 启动两个进程 
      p1.start()
      p2.start()
  
      # 查看耗时 
      t2 = time.time()
      print("耗时：%.2f"%(t2-t1))
  

• 父子进程的先后顺序

  主进程的结束不能影响子进程，所以可以等待子进程的结束再结束主进程，等待子进程结束，才能继续运行主进程

  import time
  from multiprocessing import Process
  
  def run1():
      for i in range(7):
          print("zutuanxue_com is a good man")
          time.sleep(1)
  
  def run2(name, word):
      for i in range(5):
          print("%s is a %s man"%(name, word))
          time.sleep(1)
  
  if __name__ == "__main__":
      t1 = time.time()
  
      p1 = Process(target=run1)
      p2 = Process(target=run2, args=("kaige", "cool"))
  
      p1.start()
      p2.start()
  
      # 主进程的结束不能影响子进程，所以可以等待子进程的结束再结束主进程 
      # 等待子进程结束，才能继续运行主进程 
      p1.join()
      p2.join()
  
      t2 = time.time()
      print("耗时：%.2f"%(t2-t1))
  

3、全局变量在多个子进程中不能共享

import time
from multiprocessing import Process

money = 100

def run1():
    # global money # 在进程中无法使用全局变量 
    money = 200
    print("run1----------------", money, id(money))
    for i in range(5):
        print("zutuanxue_com is a good man")
        time.sleep(1)

def run2(name, word):
    print("run2----------------", money, id(money))
    for i in range(5):
        print("%s is a %s man"%(name, word))
        time.sleep(1)

if __name__ == "__main__":
    t1 = time.time()

    # 在创建进程时会将主进程的资源拷贝到子进程中，子进程单独有一份主进程中的数据，相互不影响 
    p1 = Process(target=run1)
    p2 = Process(target=run2, args=("kaige", "cool"))
    p1.start()
    p2.start()
    p1.join()
    p2.join()

    print("main-------------", money)

    t2 = time.time()
    print("耗时：%.2f"%(t2-t1))

4、启动大量子进程

# Pool 类：进程池类 
from multiprocessing import Pool
import time
import random

def run(index):
    print("子进程 %d 启动"%(index))
    t1 = time.time()
    time.sleep(random.random()* 5+2)
    t2 = time.time()
    print("子进程 %d 结束，耗时：%.2f" % (index, t2-t1))

if __name__ == "__main__":
    print("启动主进程……")

    # 创建 10 个子进程执行 run 功能 


    # 创建进程池对象 
    # 由于 pool 的默认值为 CPU 的核心数，假设有 4 核心，至少需要 5 个子进程才能看到效果 
    # Pool() 中的值表示可以同时执行进程的数量 
    pool = Pool()
    for i in range(1, 7):
        # 创建子进程，并将子进程放到进程池中统一管理 
        pool.apply_async(run, args=(i,))

    # 等待子进程结束 
    # 关闭进程池：在关闭后就不能再向进程池中添加进程了 
    # 进程池对象在调用 join 之前必须先关闭进程池 
    pool.close()
    #pool 对象调用 join，主进程会等待进程池中的所有子进程结束才会继续执行主进程 
    pool.join()

    print("结束主进程……")

5、单进程与多进程复制文件对比

• 单进程复制文件

  import time
  
  def copy_file(path, toPath):
      with open(path, "rb") as fp1:
          with open(toPath, "wb") as fp2:
              while 1:
                  info = fp1.read(1024)
                  if not info:
                      break
                  else:
                      fp2.write(info)
                      fp2.flush()
  
  if __name__ == "__main__":
      t1 = time.time()
  
      for i in range(1, 5):
          path = r"/Users/zutuanxue_com/Desktop/file/%d.mp4"%i
          toPath = r"/Users/zutuanxue_com/Desktop/file2/%d.mp4"%i
          copy_file(path, toPath)
  
      t2 = time.time()
      print("单进程耗时：%.2f"%(t2-t1))
  

• 多进程复制文件

  import time
  from multiprocessing import Pool
  
  def copy_file(path, toPath):
      with open(path, "rb") as fp1:
          with open(toPath, "wb") as fp2:
              while 1:
                  info = fp1.read(1024)
                  if not info:
                      break
                  else:
                      fp2.write(info)
                      fp2.flush()
  
  if __name__ == "__main__":
      t1 = time.time()
  
      pool = Pool(4)
      for i in range(1, 5):
          path = r"/Users/zutuanxue_com/Desktop/file/%d.mp4" % i
          toPath = r"/Users/zutuanxue_com/Desktop/file3/%d.mp4" % i
          pool.apply_async(copy_file, args=(path, toPath))
      pool.close()
      pool.join()
  
      t2 = time.time()
      print("单进程耗时：%.2f"%(t2-t1
  

6、进程间通信

• 方式

  • 有名管道
  • 无名管道
  • 队列
  • 共享内存
  • 信号
  • 信号量

• 代码

  from multiprocessing import Process
  from multiprocessing import Queue
  import time
  
  def product(q):
      print("启动生产子进程……")
      for data in ["good", "nice", "cool", "handsome"]:
          time.sleep(2)
          print("生产出：%s"%data)
          # 将生产的数据写入队列 
          q.put(data)
      print("结束生产子进程……")
  
  def customer(q):
      print("启动消费子进程……")
      while 1:
          print("等待生产者生产数据")
          # 获取生产者生产的数据，如果队列中没有数据会阻塞，等待队列中有数据再获取 
          value = q.get()
          print("消费者消费了 %s 数据"%(value))
      print("结束消费子进程……")
  
  if __name__ == "__main__":
      q = Queue()
  
      p1 = Process(target=product, args=(q,))
      p2 = Process(target=customer, args=(q,))
  
      p1.start()
      p2.start()
  
      p1.join()
      # p2 子进程里面是死循环，无法等待它的结束 
      # p2.join()
      # 强制结束子进程 
      p2.terminate()
  
      print("主进程结束")
  

7、封装进程

zutuanxue_comProcess.py

from multiprocessing import Process
import time

class zutuanxue_comProcess(Process):
    def __init__(self, name, word):
        super().__init__()
        self.name = name
        self.word = word

    # 必须叫 run，当对象调用 start() 方法时，默认调用 run 方法 
    def run(self):
        for i in range(5):
            print("%s is a %s man" % (self.name, self.word))
            time.sleep(1)

kaige.Process.py

from multiprocessing import Process
import time

class KaigeProcess(Process):
    def __init__(self, name):
        super().__init__()
        self.name = name

    # 必须叫 run，当对象调用 start() 方法时，默认调用 run 方法 
    def run(self):
        for i in range(2):
            print("%s is a hansome man" % (self.name))
            time.sleep(1)

main.py

import time
from zutuanxue_comProcess import Zutuanxue_comProcess
from kaigeProcess import KaigeProcess
if __name__ == "__main__":
    t1 = time.time()

    p = Zutuanxue_comProcess("zutuanxue_com", "good")
    p.start()
    p.join()

    p1 = KaigeProcess("kaige")
    p1.start()
    p1.join()

    t2 = time.time()
    print("耗时：%.2f"%(t2-t1))