路飞学城Python-Day33

1、简述计算机操作系统中的“中断”的作用？

为什么有中断？

现代操作系统一般都是采用基于时间片的优先级调度算法，把CPU的时间划分为很细粒度的时间片，一个任务每次只能时间这么多的时间，时间到了就必须交出使用权，即换其他的任务使用。这种要看操作系统的定时器机制了。那么时间片到之后，系统做了什么呢？这就要用到我们的中断了，时间片到了由定时器触发一个软中断，然后进入相应的处理历程

中断的概念？

计算机执行期间，系统内发生任何非寻常的或非预期的急需处理事件，使得cpu暂时中断当前正在执行的程序而转去执行相应的事件处理程序。

待处理完毕后又返回原来被中断处继续执行或调度新的进程执行的过程。它使计算机可以更好更快利用有限的系统资源解决系统响应速度和运行效率的一种控制技术

中断的作用？

实时响应 + 系统调用

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2、简述计算机内存中的“内核态”和“用户态”；

计算机中的“内核态”： CPU可以访问内存所有数据, 包括外围设备, 例如硬盘, 网卡. CPU也可以将自己从一个程序切换到另一个程序

计算机中的“用户态”： 只能受限的访问内存, 且不允许访问外围设备. 占用CPU的能力被剥夺, CPU资源可以被其他程序获取

由于需要限制不同的程序之间的访问能力, 防止他们获取别的程序的内存数据, 或者获取外围设备的数据, 并发送到网络, CPU划分出两个权限等级 -- 用户态 和 内核态

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3、进程间通信方式有哪些？

1)管道

管道分为有名管道和无名管道

无名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间使用.进程的亲缘关系一般指的是父子关系。无名管道一般用于两个不同进程之间的通信。当一个进程创建了一个管道,并调用fork创建自己的一个子进程后,父进程关闭读管道端,子进程关闭写管道端,这样提供了两个进程之间数据流动的一种方式。

有名管道也是一种半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

2)信号量

信号量是一个计数器,可以用来控制多个线程对共享资源的访问.,它不是用于交换大批数据,而用于多线程之间的同步.它常作为一种锁机制,防止某进程在访问资源时其它进程也访问该资源.因此,主要作为进程间以及同一个进程内不同线程之间的同步手段.

3)信号

信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生.

4)消息队列

消息队列是消息的链表,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特点.消息队列是UNIX下不同进程之间可实现共享资源的一种机制,UNIX允许不同进程将格式化的数据流以消息队列形式发送给任意进程.对消息队列具有操作权限的进程都可以使用msget完成对消息队列的操作控制.通过使用消息类型,进程可以按任何顺序读信息,或为消息安排优先级顺序.

5)共享内存

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问.共享内存是最快的IPC(进程间通信)方式,它是针对其它进程间通信方式运行效率低而专门设计的.它往往与其他通信机制,如信号量,配合使用,来实现进程间的同步与通信.

6)套接字：可用于不同及其间的进程通信

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4、简述你对管道、队列的理解；

管道通常指无名管道

1、它是半双工的（即数据只能在一个方向上流动），具有固定的读端和写端

2、它只能用于具有亲缘关系的进程中通信（也就是父与子进程或者兄弟进程之间）

3、数据不可反复读取了，即读了之后欢喜红区中就没有了

消息队列

1、消息队列是面向记录的，其中的消息具有特定的格式以及特定的优先级

2、消息队列独立于发送与接收进程。进程终止时，消息队列及其内容不会被删除。

3、消息队列可以实现消息随机查询。

 

    队列 = 管道 + 锁

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5、请列举你知道的进程间通信方式；

1)管道

管道分为有名管道和无名管道

无名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间使用.进程的亲缘关系一般指的是父子关系。无名管道一般用于两个不同进程之间的通信。当一个进程创建了一个管道,并调用fork创建自己的一个子进程后,父进程关闭读管道端,子进程关闭写管道端,这样提供了两个进程之间数据流动的一种方式。

有名管道也是一种半双工的通信方式,但是它允许无亲缘关系进程间的通信。

2)信号量

信号量是一个计数器,可以用来控制多个线程对共享资源的访问.,它不是用于交换大批数据,而用于多线程之间的同步.它常作为一种锁机制,防止某进程在访问资源时其它进程也访问该资源.因此,主要作为进程间以及同一个进程内不同线程之间的同步手段.

3)信号

信号是一种比较复杂的通信方式,用于通知接收进程某个事件已经发生.

4)消息队列

消息队列是消息的链表,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特点.消息队列是UNIX下不同进程之间可实现共享资源的一种机制,UNIX允许不同进程将格式化的数据流以消息队列形式发送给任意进程.对消息队列具有操作权限的进程都可以使用msget完成对消息队列的操作控制.通过使用消息类型,进程可以按任何顺序读信息,或为消息安排优先级顺序.

5)共享内存

共享内存就是映射一段能被其他进程所访问的内存,这段共享内存由一个进程创建,但多个进程都可以访问.共享内存是最快的IPC(进程间通信)方式,它是针对其它进程间通信方式运行效率低而专门设计的.它往往与其他通信机制,如信号量,配合使用,来实现进程间的同步与通信.

6)套接字：可用于不同及其间的进程通信

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6、什么是同步I/O，什么是异步I/O？

同步IO指的是提交完任务以后，在等待结果，拿到结果以后执行下面的代码

异步IO指的是提交完任务以后，不再等待结果，而是直执行下面的代码，之前的结果交由回调函数，再执行

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7、请问multiprocessing模块中的Value、Array类的作用是什么？举例说明它们的使用场景

Value和Array类实现的是共享内存的作用，一般来说进程与进程之间是不能互相共享数据的，但是使用了Value和Array以后就能实现进程间的数据共享

import multiprocessing

def f(n, a):
n.value = 3.14
a[0] = 5

if __name__ == '__main__':
num = multiprocessing.Value('d', 0.0)
arr = multiprocessing.Array('i', range(10))
p = multiprocessing.Process(target=f, args=(num, arr))
p.start()
p.join()
print (num.value)
print (arr[:])

这里我们实际上只有主进程和Process对象代表的进程。我们在主进程的内存空间中创建共享的内存，也就是Value和Array两个对象。对象Value被设置成为双精度数(d), 并初始化为0.0。而Array则类似于C中的数组，有固定的类型(i, 也就是整数)。在Process进程中，我们修改了Value和Array对象。回到主程序，打印出结果，主程序也看到了两个对象的改变，说明资源确实在两个进程之间共享

8、请问multiprocessing模块中的Manager类的作用是什么？与Value和Array类相比，Manager的优缺点是什么？

Manager对象比Value和Array实现更多的共享数据类型

Manager对象类似于服务器与客户之间的通信 (server-client)，与我们在Internet上的活动很类似。我们用一个进程作为服务器，建立Manager来真正存放资源。其它的进程可以通过参数传递或者根据地址来访问Manager，建立连接后，操作服务器上的资源。在防火墙允许的情况下，我们完全可以将Manager运用于多计算机，从而模仿了一个真实的网络情境。下面的例子中，我们对Manager的使用类似于shared memory，但可以共享更丰富的对象类型

Manager类的作用共享资源，manger的的优点是可以在poor进程池中使用，缺点是windows下环境下性能比较差，因为windows平台需要把Manager.list放在if name='main'下，而在实例化子进程时，必须把Manager对象传递给子进程，否则lists无法被共享，而这个过程会消耗巨大资源，因此性能很差

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9、写一个程序，包含十个线程，子线程必须等待主线程sleep 10秒钟之后才执行，并打印当前时间；

from threading import Thread
import time

def task(name):
print(name, time.time())

if __name__ == '__main__':
time.sleep(10)
for i in range(10):
t = Thread(target=task, args=(('panda-%s'%i,)))
t.start()

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10、写一个程序，包含十个线程，同时只能有五个子线程并行执行；

from concurrent.futures import ThreadPoolExecutor

import os

def task(name):
print('线程的名称%s 进程名称%s' % (name, os.getpid()))

if __name__ == '__main__':
pool = ThreadPoolExecutor(5)
for i in range(10):
pool.submit(task, 'panda-%s'%i)
pool.shutdown()

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11、写一个程序，要求用户输入用户名和密码，要求密码长度不少于6个字符，且必须以字母开头，如果密码合法，则将该密码使用md5算法加密后的十六进制概要值存入名为password.txt的文件，超过三次不合法则退出程序；

import hashlib
import json

def login():
count = 0
while count<3:
username = input('请输入用户名>>>').strip()
pwd = input('请输入密码>>>').strip()
if len(pwd) >= 6 and pwd[0].isalpha():
md5 = hashlib.md5()
md5.update(pwd.encode('utf-8'))
with open('password.txt', 'r+', encoding='utf-8') as f:
json.dump(md5.hexdigest(),f)
break
else:
print('密码未通过校验')
count += 1

login()