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多道技术、进程理论

一、操作系统

1.1操作系统

如下图所示，操作系统是一个协调、管理和控制计算机硬件资源和软件资源的控制程序，位于应用程序与硬件之间，负责按用户的指令操作硬件。

1.2操作系统中的常见概念

串行：一个任务完完整整地运行完毕后，才能运行下一个任务。
并行：真正意义上多个任务的同时运行，只有多核才实现并行。
并发：看起来多个任务是同时运行的即可，单核也可以实现并发。(伪并行)

cpu的功能：cpu是用来做计算，cpu是无法执行IO操作的。一旦遇到io操作，程序会阻塞在原地，cpu会去执行别的任务。

多道技术(单核cpu情况下)：多道技术中的多道指的是多个程序，多道技术的实现是为了解决多个程序竞争同一个cpu的问题，解决方式即多路复用，多路复用分为时间上的复用和空间上的复用。

• 空间上的复用：多个程序共同加载入内存，且程序在内存中是物理隔离的。
• 时间上的复用：程序并发运行时cpu会在多个运行的程序间来回切换。

程序并发运行时cpu会在多个进程间来回切换指的是：

• cpu运行期间遇到I/O操作时会切换处理其他程序。
• cpu运行期间在某程序上运行时间较长时，也会切换处理其他程序。
  简单来说就是cpu同时处理多个程序只是看起来的同时处理，本质是cpu在多个程序间来回的切换。

1.3操作系统的发展史

发展阶段	时间	组成	改进	缺陷
第一代	1940~1955	真空板和穿孔卡片		无操作系统，程序设计需直接操作硬件
第二代	1955~1965	晶体管和批处理系统	批处理，节省时间	串行操作且无法及时调整程序
第三代	1965~1980	集成电路芯片和多道技术	多道技术
第四代	1980至今	个人pc	并发

二、进程理论

进程指的就是一个正在运行的程序，或者说是程序的运行过程，即进程是一个抽象的概念。进程是起源于操作系统的，是操作系统最核心的概念，操作系统所有其他的概念都是围绕进程展开的。

进程和程序的区别：程序仅仅指一堆代码，而进程则是指程序的运行过程。拿厨师做菜举例，程序相当于菜谱，而进程则是厨师按菜谱做菜这个过程。

2.1同步、异步、阻塞、非阻塞

同步指程序在执行某个任务时，会等待该任务完成，然后才能继续执行后续的代码。在同步操作中，程序的执行流程是线性的，一个任务完成后，才会执行下一个任务。

异步指程序在执行某个任务时，不会等待该任务完成，而是继续执行后续的代码。当该异步功能完成后，通过状态、通知或回调来通知调用者。

阻塞：当一个进程/线程执行一个需要等待的操作时，它会停止执行，直到该操作完成。这意味着进程/线程会被挂起，直到所需的操作完成。

非阻塞：当一个进程/线程执行一个需要等待的操作时，它会继续执行后续的代码，而不是停止等待。这意味着进程/线程可以同时进行其他工作，而不需要等待某个操作完成。

同步与异步针对的是函数/任务的调用而言的，阻塞与非阻塞针对的是进程/线程的。同步就是当一个进程发起一个函数/任务调用的时候，一直等到函数/任务完成，而进程继续处于激活状态；阻塞是当请求不能满足的时候就将进程挂起，也就是进程是非激活的。

2.2 进程的层次结构

在Linux中所有的进程都是以init(或systemd)进程为根，组成树形结构。在windows中没有进程层次的概念，所有的进程都是地位相同的。唯一类似于进程层次的暗示是在创建进程时，父进程得到一个特别的句柄，该句柄可以用来控制子进程，但是父进程有权把该句柄传给其他子进程。

2.3 运行态、阻塞态、就绪态

运行态、阻塞态、就绪态是进程的三种状态，其关系如下：

三、开启进程的两种方式

父进程开启子进程的过程中，操作系统会开辟一个新的内存空间存放子进程代码，并将父进程数据拷贝一份给子进程。

3.1使用Process创建进程的两种方式

方式一：

from multiprocessing import Process
import time#子进程执行的函数
def task(x):print('%s is running' %x)time.sleep(3)print('%s is done' %x)#windows中创建子进程会父进程的文件作为模块导入(复制父进程数据)，不写下方代码会引发循环导入问题。
if __name__ == '__main__':#创建子进程，target传入子进程执行的功能，args为task函数的参数，如果传关键字参数用kwargsp=Process(target=task,args=('子进程',))#向操作系统请求开启子进程，p.start本质上是运行了进程中的run方法p.start()print('主进程')#父进程需等待子进程结束以后才会结束

方式二：

from multiprocessing import Process
import time#通过类创建子进程
class Myprocess(Process):def __init__(self,name):#Process类中有个参数name表示子进程的名称super().__init__(name=name)#run函数为子进程执行的功能函数，Myprocess是abc类的子类，必须复写run函数def run(self):print('%s is running' %self.name)time.sleep(3)print('%s is done' %self.name)if __name__ == '__main__':p=Myprocess('子进程1')#执行run方法向操作系统请求开启子进程p.start() print('主')

上述代码的打印结果为：

原因是p.start() 向操作系统请求开启子进程，而p.start函数的执行是异步的，父进程请求完以后会继续执行下面的代码，直到父进程执行完以后操作系统才开启完毕子进程并运行子进程。

如果想让子进程先运行完再打印’主’可以添加p.join()

from multiprocessing import Process
import time#通过类创建子进程
class Myprocess(Process):def __init__(self,name):#Process类中有个参数name表示子进程的名称super().__init__(name=name)#run函数为子进程执行的功能函数，Myprocess是abc类的子类，必须复写run函数def run(self):print('%s is running' %self.name)time.sleep(3)print('%s is done' %self.name)if __name__ == '__main__':p=Myprocess('子进程1')#执行run方法向操作系统请求开启子进程p.start() #父进程在此阻塞等待子进程运行结束后才运行下面的代码p.join()print('主')

注意点：

from multiprocessing import Process
import timedef task(x):print('%s is running' %x)time.sleep(3)print('%s is done' %x)if __name__ == '__main__':p1=Process(target=task,kwargs={'x':'子进程1'})p2 = Process(target=task, kwargs={'x': '子进程2'})p1.start()p1.join()p2.start()p2.join()print('主')

上述代码中
p1.start()
p1.join()
p2.start()
p2.join()
会让子进程p1运行完以后才开启子进程p2，子进程p2运行完后打印’主‘。话句话是就是子进程p1和子进程p2变成同步运行的了。
如果想让子进程p1和子进程p2异步运行并在两子进程运行完后父进程才打印’主’应将程序改为

from multiprocessing import Process
import timedef task(x):print('%s is running' %x)time.sleep(3)print('%s is done' %x)if __name__ == '__main__':p1=Process(target=task,kwargs={'x':'子进程1'})p2 = Process(target=task, kwargs={'x': '子进程2'})p1.start()p2.start()p1.join()p2.join()print('主')

3.2 父进程与子进程的关系

• 各个进程之间是相互隔离的，也就是说某一个进程中数据的变化不会影响其他进程。
• 父进程执行完以后需等待子进程执行完，并回收子进程的pid号。

3.3 Process的属性介绍

from multiprocessing import Process
import timeclass Myprocess(Process):def __init__(self,name):super().__init__(name=name)def run(self):print('%s is running' %self.name)time.sleep(3)print('%s is done' %self.name)if __name__ == '__main__':p=Myprocess('子进程1')

如上方代码所示创建子进程p。
p.terminate()表示向操作系统请求强制终止子进程p。
p.is_alive()表示查看子进程是否存活。
p.pid表示子进程的pid号。如果想查看父进程的pid可以在父进程使用os.getpid()或者在子进程使用os.getppid()
p.name表示子进程的名称。