Python(进程线程)
一 理论基础:
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一 操作系统的作用: 1:隐藏丑陋复杂的硬件接口,提供良好的抽象接口 2:管理、调度进程,并且将多个进程对硬件的竞争变得有序 二 多道技术: 1.产生背景:针对单核,实现并发(现在的主机一般是多核,那么每个核都会利用多道技术,但是核与核之间没有使用多道技术切换这么一说,一个程序io阻塞,会等到io结束再重新调度) 2.时间上的复用(复用一个cpu的时间片)+空间上的复用(如内存中同时有多道程序)
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二 进程
2.1 什么是进程
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进程:正在进行的一个过程或者说一个任务。而负责执行任务则是cpu。 举例(单核+多道,实现多个进程的并发执行): egon在一个时间段内有很多任务要做:python备课的任务,写书的任务,交女朋友的任务,王者荣耀上分的任务, 但egon同一时刻只能做一个任务(cpu同一时间只能干一个活),如何才能玩出多个任务并发执行的效果? egon备一会课,再去跟李杰的女朋友聊聊天,再去打一会王者荣耀....这就保证了每个任务都在进行中.
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2.2 进程与程序的区别
程序仅仅只是一堆代码而已,而进程指的是程序的运行过程。 举例: 想象一位有一手好厨艺的计算机科学家egon正在为他的女儿元昊烘制生日蛋糕。 他有做生日蛋糕的食谱, 厨房里有所需的原料:面粉、鸡蛋、韭菜,蒜泥等。 在这个比喻中: 做蛋糕的食谱就是程序(即用适当形式描述的算法) 计算机科学家就是处理器(cpu) 而做蛋糕的各种原料就是输入数据。 进程就是厨师阅读食谱、取来各种原料以及烘制蛋糕等一系列动作的总和。 现在假设计算机科学家egon的儿子alex哭着跑了进来,说:XXXXXXXXXXXXXX。 科学家egon想了想,处理儿子alex蛰伤的任务比给女儿元昊做蛋糕的任务更重要,于是 计算机科学家就记录下他照着食谱做到哪儿了(保存进程的当前状态),然后拿出一本急救手册,按照其中的指示处理蛰伤。这里,我们看到处理机从一个进程(做蛋糕)切换到另一个高优先级的进程(实施医疗救治),每个进程拥有各自的程序(食谱和急救手册)。当蜜蜂蛰伤处理完之后,这位计算机科学家又回来做蛋糕,从他
离开时的那一步继续做下去。 需要强调的是:同一个程序执行两次,那也是两个进程,比如打开暴风影音,虽然都是同一个软件,但是一个可以播放苍井空,一个可以播放饭岛爱。
2.3 并发与并行
无论是并行还是并发,在用户看来都是'同时'运行的,不管是进程还是线程,都只是一个任务而已,真是干活的是cpu,cpu来做这些任务,而一个cpu同一时刻只能执行一个任务
一 并发:是伪并行,即看起来是同时运行。单个cpu+多道技术就可以实现并发,(并行也属于并发)
二 并行:同时运行,只有具备多个cpu才能实现并行
单核下,可以利用多道技术,多个核,每个核也都可以利用多道技术(多道技术是针对单核而言的)
有四个核,六个任务,这样同一时间有四个任务被执行,假设分别被分配给了cpu1,cpu2,cpu3,cpu4,
一旦任务1遇到I/O就被迫中断执行,此时任务5就拿到cpu1的时间片去执行,这就是单核下的多道技术
而一旦任务1的I/O结束了,操作系统会重新调用它(需知进程的调度、分配给哪个cpu运行,由操作系统说了算),可能被分配给四个cpu中的任意一个去执行
所有现代计算机经常会在同一时间做很多件事,一个用户的PC(无论是单cpu还是多cpu),都可以同时运行多个任务(一个任务可以理解为一个进程)。
启动一个进程来杀毒(360软件)
启动一个进程来看电影(暴风影音)
启动一个进程来聊天(腾讯QQ)
所有的这些进程都需被管理,于是一个支持多进程的多道程序系统是至关重要的
多道技术:内存中同时存入多道(多个)程序,cpu从一个进程快速切换到另外一个,使每个进程各自运行几十或几百毫秒,这样,虽然在某一个瞬间,一个cpu只能执行一个任务,但在1秒内,cpu却可以运行多个进程,这就给人产生了并行的错觉,即伪并发,以此来区分多处理器操作系统的真正硬件并行(多个cpu共享同一个物理内存)
2.4 同步与异步
同步执行:一个进程在执行某个任务时,另外一个进程必须等待其执行完毕,才能继续执行
异步执行:一个进程在执行某个任务时,另外一个进程无需等待其执行完毕,就可以继续执行,当有消息返回时,系统会通知后者进行处理,这样可以提高执行效率
举个例子,打电话时就是同步通信,发短息时就是异步通信。
三 线程
3.1 什么是线程
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在传统操作系统中,每个进程有一个地址空间,而且默认就有一个控制线程 线程顾名思义,就是一条流水线工作的过程,一条流水线必须属于一个车间,一个车间的工作过程是一个进程 车间负责把资源整合到一起,是一个资源单位,而一个车间内至少有一个流水线 流水线的工作需要电源,电源就相当于cpu 所以,进程只是用来把资源集中到一起(进程只是一个资源单位,或者说资源集合),而线程才是cpu上的执行单位。 多线程(即多个控制线程)的概念是,在一个进程中存在多个控制线程,多个控制线程共享该进程的地址空间,相当于一个车间内有多条流水线,都共用一个车间的资源。 例如,北京地铁与上海地铁是不同的进程,而北京地铁里的13号线是一个线程,北京地铁所有的线路共享北京地铁所有的资源,比如所有的乘客可以被所有线路拉。 创建进程的开销要远大于线程? 如果我们的软件是一个工厂,该工厂有多条流水线,流水线工作需要电源,电源只有一个即cpu(单核cpu) 一个车间就是一个进程,一个车间至少一条流水线(一个进程至少一个线程) 创建一个进程,就是创建一个车间(申请空间,在该空间内建至少一条流水线) 而建线程,就只是在一个车间内造一条流水线,无需申请空间,所以创建开销小 进程之间是竞争关系,线程之间是协作关系? 车间直接是竞争/抢电源的关系,竞争(不同的进程直接是竞争关系,是不同的程序员写的程序运行的,迅雷抢占其他进程的网速,360把其他进程当做病毒干死)
一个车间的不同流水线式协同工作的关系(同一个进程的线程之间是合作关系,是同一个程序写的程序内开启动,迅雷内的线程是合作关系,不会自己干自己)
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3.2 为何要用多线程
多线程指的是,在一个进程中开启多个线程,简单的讲:如果多个任务共用一块地址空间,那么必须在一个进程内开启多个线程。详细的讲分为4点: 1. 多线程共享一个进程的地址空间 2. 线程比进程更轻量级,线程比进程更容易创建可撤销,在许多操作系统中,创建一个线程比创建一个进程要快10-100倍,在有大量线程需要动态和快速修改时,这一特性很有用 3. 若多个线程都是cpu密集型的,那么并不能获得性能上的增强,但是如果存在大量的计算和大量的I/O处理,拥有多个线程允许这些活动彼此重叠运行,从而会加快程序执行的速度。 4. 在多cpu系统中,为了最大限度的利用多核,可以开启多个线程(比开进程开销要小的多)
3.3 多线程的应用举例
开启一个字处理软件进程,该进程肯定需要办不止一件事情,比如监听键盘输入,处理文字,定时自动将文字保存到硬盘,这三个任务操作的都是同一块数据,因而不能用多进程。只能在一个进程里并发地开启三个线程,如果是单线程,那就只能是,键盘输入时,不能处理文字和自动保存,自动保存时又不能输入和处理文字。
3.4 线程与进程的区别
- Threads share the address space of the process that created it; processes have their own address space.
- Threads have direct access to the data segment of its process; processes have their own copy of the data segment of the parent process.
- Threads can directly communicate with other threads of its process; processes must use interprocess communication to communicate with sibling processes.
- New threads are easily created; new processes require duplication of the parent process.
- Threads can exercise considerable control over threads of the same process; processes can only exercise control over child processes.
- Changes to the main thread (cancellation, priority change, etc.) may affect the behavior of the other threads of the process; changes to the parent process does not affect child processes.
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