Python程序間通訊

程序間通訊（IPC）

1.必要性： 程序間空間獨立，資源不共享，此時在需要程序間資料傳輸時就需要特定的手段進行資料通訊。

2.常用程序間通訊方法：管道通訊、訊息佇列、共享記憶體、訊號量

管道通訊(Pipe)

1.通訊原理：在記憶體中開闢管道空間，生成管道操作物件，多個程序使用同一個管道物件進行讀寫即可實現通訊

2.實現方法

from multiprocessing import Pipe

fd1,fd2 = Pipe(duplex = True)

• 功能: 建立管道
• 引數：預設表示雙向管道
• 如果為False 表示單向管道
• 返回值：表示管道兩端的讀寫物件
• 　　如果是雙向管道均可讀寫
• 　　如果是單向管道fd1只讀 fd2只寫

fd.recv()

• 功能 ： 從管道獲取內容
• 返回值：獲取到的資料

fd.send(data)

• 功能： 向管道寫入內容
• 引數： 要寫入的資料

管道通訊示例

訊息佇列

1.通訊原理：在記憶體中建立佇列模型，程序通過佇列將訊息存入，或者從佇列取出完成程序間通訊。

2.實現方法

from multiprocessing import Queue

q = Queue(maxsize=0)

• 功能: 建立佇列物件
• 引數：最多存放訊息個數
• 返回值：佇列物件

q.put(data,[block,timeout])

• 功能：向佇列存入訊息
• 引數：data 要存入的內容
• block 設定是否阻塞 False為非阻塞
• timeout 超時檢測

q.get([block,timeout])

• 功能：從佇列取出訊息
• 引數：block 設定是否阻塞 False為非阻塞
• timeout 超時檢測
• 返回值： 返回獲取到的內容

q.full() 判斷佇列是否為滿

q.empty() 判斷佇列是否為空

q.qsize() 獲取佇列中訊息個數

q.close() 關閉佇列

訊息佇列演示

共享記憶體

1.通訊原理：在內中開闢一塊空間，程序可以寫入內容和讀取內容完成通訊，但是每次寫入內容會覆蓋之前內容。

2.實現方法

from multiprocessing import Value,Array

obj = Value(ctype,data)

• 功能 ： 開闢共享記憶體
• 引數 ： ctype 表示共享記憶體空間型別 'i' 'f' 'c'
• 　　　 data 共享記憶體空間初始資料
• 返回值：共享記憶體物件

obj.value

• 對該屬性的修改檢視即對共享記憶體讀寫

obj = Array(ctype,data)

• 功能： 開闢共享記憶體空間
• 引數： ctype 表示共享記憶體資料型別
• 　　　　data 整數則表示開闢空間的大小，其他資料型別表示開闢空間存放的初始化資料
• 返回值：共享記憶體物件

Array共享記憶體讀寫： 通過遍歷obj可以得到每個值，直接可以通過索引序號修改任意值。

* 可以使用obj.value直接列印共享記憶體中的位元組串

value

array

多程序和多執行緒總結

1.什麼是程序？什麼是執行緒？

程序是表示資源分配的基本單位，又是排程執行的基本單位。
例如，使用者執行自己的程式，系統就建立一個程序，併為它分配資源，
包括各種表格、記憶體空間、磁碟空間、I/O裝置等。然後，把該程序放
人程序的就緒佇列。程序排程程式選中它，為它分配CPU以及其它有關資源，該程序才真正執行。

執行緒是程序中執行運算的最小單位，如果把程序理解為在邏輯上作業系統所完成的任務，
那麼執行緒表示完成該任務的許多可能的子任務之一。例如，假設使用者啟子任務；在產生
工資單報表的過程中，使用者又可以輸人資料庫查詢請求，這又是一個子任務。

多執行緒就像是火車上的每節車廂，而程序就是火車。

2.多程序和多執行緒的區別？

• 資料共享、同步：
  1). 資料共享複雜，需要用IPC；資料是分開的，同步簡單
  2). 因為共享程序資料，資料共享簡單，但也是因為這個原因導致同步複雜
  各有優勢
• 記憶體、CPU
  1). 佔用記憶體多，切換複雜，CPU利用率低
  2). 佔用記憶體少，切換簡單，CPU利用率高
  執行緒佔優
• 建立銷燬、切換
  1). 建立銷燬、切換複雜，速度慢
  2). 建立銷燬、切換簡單，速度很快
  執行緒佔優
• 程式設計、除錯
  1). 程式設計簡單，除錯簡單
  2). 程式設計複雜，除錯複雜
  程序佔優
• 可靠性
  1). 程序間不會互相影響
  2). 一個執行緒掛掉將導致整個程序掛掉
  程序佔優
• 分散式
  1). 適應於多核、多機分散式；如果一臺機器不夠，擴充套件到多臺機器比較簡單
  2). 適應於多核分散式
  程序佔優

3.程序之間的通訊方式以及優缺點？

管道， 訊號量， 訊號， 訊息佇列， 共享記憶體， 套接字

4.執行緒之間的通訊方式？

鎖機制：包括互斥鎖、條件變數、讀寫鎖
訊號量機制(Semaphore)
訊號機制(Signal)

5.什麼時候用多執行緒?什麼時候用多程序？

1）需要頻繁建立銷燬的優先用執行緒
2）需要進行大量計算的優先使用程序
3）可能要擴充套件到多機分佈的用程序，多核分佈的用執行緒

參考連結