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python进程、线程与多进程

进程与线程

现代操作系统比如Mac OS X,UNIX,Linux,Windows等,都是“多用户多任务”的操作系统。

多任务就是操作系统可以同时运行多个任务。我们一边在用浏览器上网,一边在听MP3,一边在用Word写文档,这就是多任务。

由于CPU执行代码都是顺序执行的,操作系统轮流让各个任务交替执行,任务1执行0.01秒,切换到任务2,任务2执行0.01秒,再切换到任务3,执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看,每个任务都是交替执行的,但是,由于CPU的执行速度实在是太快了,我们感觉就像所有任务都在同时执行一样。

真正的并行执行多任务只能在多核CPU上实现,但是,由于任务数量远远多于CPU的核心数量,所以,操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。

对于操作系统来说,一个任务就是一个进程(Process),比如打开一个浏览器就是启动一个浏览器进程,打开一个记事本就启动了一个记事本进程,打开两个记事本就启动了两个记事本进程,打开一个Word就启动了一个Word进程。
有些进程还不止同时干一件事,比如Word,它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部,要同时干多件事,就需要同时运行多个“子任务”,我们把进程内的这些“子任务”称为线程(Thread)。由于每个进程至少要干一件事,所以,一个进程至少有一个线程。当然,像Word这种复杂的进程可以有多个线程,多个线程可以同时执行,多线程的执行方式和多进程是一样的,也是由操作系统在多个线程之间快速切换,让每个线程都短暂地交替运行,看起来就像同时执行一样。当然,真正地同时执行多线程需要多核CPU才可能实现。

我们前面编写的所有的Python程序,都是执行单任务的进程,也就是只有一个线程。
Python多任务的实现方式有三种:

  • 多进程模式
  • 多线程模式
  • 多进程+多线程模式

线程是最小的执行单元,而进程由至少一个线程组成。如何调度进程和线程,完全由操作系统决定,程序自己不能决定什么时候执行,执行多长时间。
多进程和多线程的程序涉及到同步、数据共享的问题,编写起来更复杂。

并行与并发

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,
真正干活的是CPU,CPU来做这些任务,而一个cpu(单核)同一时刻只能执行一个任务。
并行:多个任务同时运行,只有具备多个cpu才能实现并行,含有几个cpu,也就意味着在同一时刻可以执行几个任务。
并发:是伪并行,即看起来是同时运行的,实际上是单个CPU在多道程序之间来回的进行切换。

同步与异步

同步就是指一个进程在执行某个请求的时候,若该请求需要一段时间才能返回信息,那么这个进程将会一直等待下去,直到收到返回信息才继续执行下去。
异步是指进程不需要一直等下去,而是继续执行下面的操作,不管其他进程的状态。当有消息返回时系统会通知进行处理,这样可以提高执行的效率。

父进程与子进程

子进程创建后,父进程和子进程有各自不同的地址空间,多道技术要求物理层面实现进程之间内存的
隔离,任何一个进程在其地址空间的修改都不会影响到另外一个进程。
注意:子进程和父进程之间是可以有只读的共享的内存区域的。
进程与进程之间数据(资源)是隔离的,两个进程之间可以基于管道这种方式进行通信。在Unix当中,是含有进程层次的概念的,但是在windows当中,是没有进程层次的概念的,所有的进程都是地位相同的。
在Linux当中,每启动一个命令,都会启动一个进程。

python中线程特点

在其他语言当中,一个进程里面开启多个线程,每个线程都可以给一个cpu去使用,但是在 python当中,在同一时刻,一个进程当中只能有一个线程处于运行状态。
即在python当中,如果我们现在开启了一个进程,这个进程里面对应多个线程,同一时刻只有一个线程可以处于运行状态。
对于其他语言而言,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。
但是Python中的多线程是利用不了多核优势的。

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