【Python】进程和线程

一、进程

进程表示的是一个正在执行的程序，每个进程都拥有自己的地址空间、内存、数据栈，以及其他用于跟踪执行的辅助数据。操作系统负责所有进程的执行，操作系统会为这些进程合理地分配执行时间。

进程是程序的一次运行活动，属于一种动态的概念。程序是一组有序的静态指令，是一种静态的概念。但是，进程离开了程序也就没有了任何存在的意义。因此进程是执行程序的动态过程而程序是进程运行的静态文本。

1.进程的运行

进程需要使用一种机构才能执行程序，这种机构称之为处理机（processer)。处理机执行指令，根据指令的性质，处理机可以单独使用硬件或者软硬件结合起来构成。如果指令是机器指令，那么处理机一般就是我们说的中央处理器（CPU）。

只有一个CPU运行时，轮询调度实现并发执行：早期的计算机只具有一个中央处理器并且时单核，这种情况下计算机操作系统采用并发技术实现并发运行。

多个CPU运行机制：将多个核心装载一个封装里，使得多个程序可以并发运行。

一个进程还可以拥有多个并发的执行线索，简单来说就是拥有多个可以获得CPU调度的执行单元，这就是所谓的线程。

今天我们使用的软件几乎都用到了多线程技术，这一点可以利用系统自带的进程监控工具（如macOS中的“活动监视器”、Windows中的“任务管理器”）来证实，如下所示：

2.进程的创建方式

①使用Process子类创建进程

在windows操作系统中，muliprocessing模块提供了一个process类来代表一个进程对象。

②使用进程池pool创建进程

进程池就是实现已经创建好的进程，进程池里面放的都是进程，进程池可以根据任务自动创建进程，合理利用进程池中的进程完成多项任务。进程池更多的是优化了代码，可以多个进程不下载重复利用。

3.进程间通信的方式

①管道（PIPE）

管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向流动，而且只能在具有亲缘关系的进程中使用。进程的亲缘关系是指父子进程关系

管道的原型：

#include <unistd.h>
int pipe(int fd[2]);

②命名管道（FIFO）

命名管道也是半双工的通信方式，但是它运行无亲缘关系进程间的通信。

命名管道的原型：

#include<sys/stat.h>
int mkififo(const char *pathname,mode_t  mode);

其中，mode参数与open函数中的mode相同。一旦创建了一个FIFO，就可以用一般的文件I/O函数操作它。

③消息队列（MessageQueue）

消息队列是由消息的链表，存放在内核中并由消息队列标识符标识。消息队列克服了信号传递信息少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。

④内存共享（ShareMemory）

内存共享就是映射一段时间被其他进程所访问的内存，这段内存共享由一个进程创建，但是多个进程都可以访问。内存共享是最快的IPC方式，它是针对其他进程间通信方式运行效率低而专门是假的。

共享内存的常用函数

函数	功能
mmap	建立共享内存映射
munmap	解除共享内存映射
shmget	获取共享内存区域的ID
shmat	建立映射共享内存
shmdt	解除内存共享映射

⑤信号量(Semaphore）

信号量是一个计数器，可以用来控制多个进程对资源共享的访问。它常常作为一种锁机制，防止某进程正在访问共享资源时，其他进程也访问该资源。

【原子操作】：指不会被线程调度机制打断的操作，这种操作一旦开始，就会一直运行到结束，中间不会切换到其他进程。

二、线程

1.线程的基本概念

线程也叫轻量级进程，它是一个基本的CPU执行单元，也是程序执行过程中的最小单元，曲线程ID、程序计数器、寄存器集合和堆栈共同组成。

【说明】当一个进程里面只有一个线程时，叫做单线程；超过一个线程就叫做多线程。

2.线程的创建方式

在Python中，在有关线程开发的部分被单独封装到了模板中，和线程有关的模型有以下两个：

(1)-thread：Python3以前版本中thread模块的重命名，次模块提供了低级别的、原始的线程支持，以及一个简单的锁，功能比较有限，因此不建议使用thread模块

(2)threading：Python3之后的现场模块，提供了功能丰富的多线程支持，推荐使用。

3.线程间通信

一般而言，在一个应用程序中（即进程），一个线程往往不是孤立存在的，常常需要和其他线程通信，以执行特定的任务。例如，主线程和次线程，此线程和此线程，工作线和用户界面线程等。这样，线程与线程之间必定有一个信息传递的渠道。

在Windows中线程间的通信一般采用四肢方式：全局变量方式、参数传递方式、消息传递方式和线程同步法。

4.线程同步的方法

线程同步的集中方法，主要涉及thread和threading模块。

threading模块提供的线程同步原语包括：Lock、RLock、Condition、Event、Semaphore等对象。