【python进阶】深入理解系统进程1

前言

之前程序执⾏都是⼀条腿⾛路，甚⾄是⽤⼀杆枪来打天下。

通过系统编程的学习，会让⼤家有“多条腿”⼀起⾛路，就好⽐有了⼀把机关枪。

此篇为深入理解进程第一篇，下面开始今天的说明~~~

多任务的引入

现实生活中

有很多的场景中的事情是同时进⾏的，⽐如开⻋的时候⼿和脚共同来驾驶汽⻋，再⽐如唱歌跳舞也是同时进⾏的；
如下视频是：迈克杰克逊的⼀段视频：

http://v.youku.com/v_show/id_XMzE5NjEzNjA0.html

试想，如果把唱歌和跳舞这2件事情分开依次完成的话，估计就没有那么好的效果了（想⼀下场景：先唱歌，然后在跳舞，O(∩_∩)O哈哈~）

程序中

如下程序，来模拟“唱歌跳舞”这件事情

from time import sleep

def sing():

    for i in range(3):

        print("正在唱歌...%d"%i)

        sleep(1)

def dance():

    for i in range(3):

        print("正在跳舞...%d"%i)

        sleep(1)

if __name__ == '__main__':

    sing()#唱歌

    dance()#跳舞

运行结果如下：

!!!注意：

很显然刚刚的程序并没有完成唱歌和跳舞同时进⾏的要求
如果想要实现“唱歌跳舞”同时进⾏，那么就需要⼀个新的⽅法，叫做：多任务

多任务的概念

什么叫“多任务”呢？简单地说，就是操作系统可以同时运⾏多个任务。打个⽐⽅，你⼀边在⽤浏览器上⽹，⼀边在听MP3，⼀边在⽤Word赶作业，这就是多任务，⾄少同时有3个任务正在运⾏。还有很多任务悄悄地在后台同时运⾏着，只是桌⾯上没有显示⽽已。

现在，多核CPU已经⾮常普及了，但是，即使过去的单核CPU，也可以执⾏多任务。由于CPU执⾏代码都是顺序执⾏的，那么，单核CPU是怎么执⾏多任务的呢？
答案就是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。

进程的创建-fork

1. 进程 VS 程序

编写完毕的代码，在没有运⾏的时候，称之为程序
正在运⾏着的代码，就成为进程
进程，除了包含代码以外，还有需要运⾏的环境等，所以和程序是有区别的。

2. fork( )

Python的os模块封装了常⻅的系统调⽤，其中就包括fork，可以在Python程序中轻松创建⼦进程：

import os

# 注意:fork函数，只在Unix/Linux/Mac上运行，windows不可以

pid = os.fork()

if pid == 0:

    print('哈哈1')

else:

    print('哈哈2')

运行结果：

说明：

程序执⾏到os.fork()时，操作系统会创建⼀个新的进程（⼦进程），然后复制⽗进程的所有信息到⼦进程中
然后⽗进程和⼦进程都会从fork()函数中得到⼀个返回值，在⼦进程中这个值⼀定是0，⽽⽗进程中是⼦进程的id号

在Unix/Linux操作系统中，提供了⼀个fork()系统函数，它⾮常特殊。
普通的函数调⽤，调⽤⼀次，返回⼀次，但是fork()调⽤⼀次，返回两次，因为操作系统⾃动把当前进程（称为⽗进程）复制了⼀份（称为⼦进程），然后，分别在⽗进程和⼦进程内返回。
⼦进程永远返回0，⽽⽗进程返回⼦进程的ID。
这样做的理由是，⼀个⽗进程可以fork出很多⼦进程，所以，⽗进程要记下每个⼦进程的ID，⽽⼦进程只需要调⽤getppid()就可以拿到⽗进程的ID。

3. getpid()、getppid()

import os

rpid = os.fork()

if rpid<0:

    print("fork调用失败。")

elif rpid == 0:

    print("我是子进程（%s），我的父进程是（%s）"%(os.getpid(),os.getppid()))

    x+=1

else:

    print("我是父进程（%s），我的子进程是（%s）"%(os.getpid(),rpid))

print("父子进程都可以执行这里的代码")

运⾏结果：

多进程修改全局变量

import os

import time 

num = 0

#注意:fork函数,只在Unix/Linux/Mac上运行,windows不可以

pid = os.fork()

if pid == 0:

    num+=1

    print("哈哈1---num=%d"%num)

else:

    time.sleep(1)

    num+=1

    print("哈哈2---num=%d"%num)

运行结果：

总结：

多进程中，每个进程中所有数据（包括全局变量）都各有拥有⼀份，互不影响

多次fork问题

如果在⼀个程序，有2次的fork函数调⽤，是否就会有3个进程呢？

import os

import time

# 注意，fork函数，只在Unix/Linux/Mac上运行，windows不可以

pid = os.fork()

if pid == 0:

    print('哈哈1')

else:

    print('哈哈2')

pid = os.fork()

if pid == 0:

    print('哈哈3')

else:

    print('哈哈4')

time.sleep(1)

运行结果：

说明：

⽗⼦进程的执⾏顺序

⽗进程、⼦进程执⾏顺序没有规律，完全取决于操作系统的调度算法