python学习笔记——fork()创建多进程

1 进程概述

引自 Python 多进程 fork()详解

1.1 进程

进程是程序的一次动态执行过程，它对应了从代码加载、执行到执行完毕的一个完整过程。

进程是系统进行资源分配和调度的一个独立单位。进程是由代码（堆栈段）、数据（数据段）、内核状态和一组寄存器组成。

在多任务操作系统中，通过运行多个进程来并发地执行多个任务。由于每个线程都是一个能独立执行自身指令的不同控制流，因此一个包含多个线程的进程也能够实现进程内多任务的并发执行。 
进程是一个内核级的实体，进程结构的所有成分都在内核空间中，一个用户程序不能直接访问这些数据。

进程的状态： 
创建、准备、运行、阻塞、结束。

1.2 进程间的通信方式

1）文件  2）管道  3）socket  4）信号  5）信号量  6）共享内存

1.3 进程的创建函数

os.fork()

subprocess

processing

multiprocessing

2 创建进程

2.1 子进程的创建方式

Linux 和 Unix 操作系统提供了一个fork()函数创建新的进程，这也就意为这该函数仅适用于Linux和Unix平台。

fork()函数比较特殊，python的os.fork()是唯一调用一次返回两次的函数，因操作系统将当前的进程（父进程）复制了一份新的进程（子进程），然后分别在父进程和子进程内返回。

例如：采用父子进程拷贝文件，子进程的拷贝并不是从开始就就行的（除非进行设置），混乱拷贝文件可能会出现结果异常而出现错误。

注意：有时在一个终端会混合出现打印结果。

fork() 函数原型

Help on built-in function fork in module posix:

fork(...)
    fork() -> pid

    Fork a child process.
    Return 0 to child process and PID of child to parent process.

fork()从本质上属于内建函数，通过 os 模块导入

从函数原型上看，子进程永远返回0，而父进程则返回子进程的PID。这意味着每个子进程的创建都会在父进程中留下标记PID（子进程身份信息），当子进程溯源其父进程时，通过getppid()就可以找到父进程的PID

fork()语法：

功能：为当前进程创建一个子进程

参数：无

返回值：0 和 子进程PID（在父进程中）

　　　　< 0 子进程创建失败

　　　　= 0 在子进程中的返回值

　　　　> 0 在父进程中的返回值

特点：

（1）子进程会继承父进程几乎全部代码段（包括fork()前所定义的所有内容）

（2）子进程拥有自己独立的信息标识，如PID

（3）父、子进程独立存在，在各自存储空间上运行，互不影响

（4）创建父子进程执行不同的内容是多任务中固定方法

关于父子进程详见对于多进程，子进程继承了父进程的内容和fork之后子进程到底复制了父进程什么（这里面是C/C++内容，不过可以借鉴其思路）

2.2 创建简单的子进程：

import os
pid = os.fork()

if pid <0 :
    print("create process failed")
elif pid == 0:
    print("this is child process")
else :
    print("this is parent process")

print("******the end*******")

运行：

this is parent process
******the end*******
this is child process
******the end*******
#或
this is parent process
this is child process
******the end*******
******the end*******

运行的次数不一致时，会输出不同结果

注：

（a）前后不一致的原因，因为子进程和父进程独立运行，但是打印在同一个终端上，所以终端上父子进程同时打印出来。

（b）子进程运行时是从 pid = os.fork() 下面语句执行，实际上，该语句是两条语句， os.frok() 是创建子进程语句，而 pid =  是赋值语句，所以在创建完子进程后，下一句为运行赋值语句。

（c）该语句中，父进程先运行，运行中，子进程也运行，但此时并不代表父进程已经运行结束；所以出现终端语句混乱

（d）帮助理解父子进程空间

import os
print('python课程')
os.fork()
print('Python多进程')

运行结果

python课程
Python多进程
Python多进程

在该程序中，父进程创建一个子进程，父进程打印到终端“python多进程”，同时子进程也打印到终端“python多进程”，所以是两个“python多进程”。

（有资料显示父进程中创建了一个子进程，子进程运行打印了一个“python多进程”，回到父进程又打印了一个“python多进程”，所以结果是打印了2个“python多进程”。注：不知道两种描述那个符合程序运行过程，待考待查。）

2.3 添加时间调整执行顺序

import os
from time import sleep

pid = os.fork()
if pid <0 :
    print("create process failed")
elif pid == 0:
    sleep(3)
    print("this is child process")
else :
    sleep(1)
    print("this is parent process")

print("******the end*******")

运行结果：

this is parent process
******the end*******
this is child process
******the end*******

注：

实际上其终端显示为

具体原因我目前理解为父进程运行结束后，显示终端待输入命令，此时子进程没有运行，所以会显示上图情形；

当将父子进程sleep()时间变换一下，则为下面图结果

2.4 变量在父子进程中的关系

import os
from time import sleep

a = 10 #父子进程中含有相同的资源，包括fork()之前的语句
pid  = os.fork()

if pid < 0:
    print('create process failed')
elif pid == 0:
    a = 1000 #子进程将a值修改为1000
    print("This is child process")
else:
    sleep(2)
    print('a = ',a)
    print('The pid = ',pid)
    print("This is parent process")

print('a = ',a)
print("**********the end***********")

运行结果：

This is child process
a =  1000
**********the end***********
a =  10
The pid =  5495
This is parent process
a =  10
**********the end***********

注：

在父进程中变量的变量a=10，而在子进程中将其绑定为1000时，其在父进程中的绑定值并没有变化。这主要是因父子进程中位于不同的虚拟空间所致。

2.5 父子进程PID

os.getpid() 获取当前进程的PID号

os.getppid() 获取当前进程父进程的PID号

import os
from time import sleep

pid = os.fork()

if pid < 0:
    print("create process failed")
elif pid == 0:
    print("my PID is",os.getpid()) #子进程PID
    print("my parent process PID is",os.getppid()) #父进程PID
    print("this is child process")
else:
    sleep(1)
    print("===========================")
    print("the PID is",pid) #父进程中fork()返回值　＝　子进程PID
    print("the parent PID is",os.getpid()) #父进程PID
    print("this is parent process")

运行结果

my PID is 5815
my parent process PID is 5814
this is child process
===========================
the PID is 5815
the parent PID is 5814
this is parent process

2.6 父子进程

import os
from time import sleep

pid = os.fork()

if pid < 0:
    print("create process failed")
elif pid == 0:
    print("my PID is",os.getpid()) #子进程PID
    print("my parent process-1 PID is",os.getppid()) #父进程PID
    sleep(5)
    print("my parent process-2 PID is",os.getppid()) #父进程PID
    print("this is child process")
else:
    sleep(1)
    print("===========================")
    print("the PID is",pid) #父进程中fork()返回值　＝　子进程PID
    print("the parent PID is",os.getpid()) #父进程PID
    print("this is parent process")

运行

my PID is 4338
my parent process-1 PID is 4337
===========================
the PID is 4338
the parent PID is 4337
this is parent process
my parent process-2 PID is 2236
this is child process

注：在子进程中，sleep(5)前后的子进程对应的父进程是不一样的（PID不一致），这是由于当父进程结束后，子进程就成了孤儿进程。

孤儿进程将被init进程(该进程号即为子进程新的父进程PID)所收养，并由init进程对它们完成状态收集工作。

在终端输入top可获得PID为2236对应信息

COMMAND对应值为upstart；upstart即为ubuntux系统的一种init方式中的一种

附：目前Linux系统有三种init方式：第一种是最早的、也是广为流传的System V initialization; 第二种是最近几年提出的Upstart方式，基于事件机制，系统的所有服务和任务都是事件驱动的；最后一种是Systemd，发展最为迅速的，大有取代Upstart之势。本文主要是分析目前ubuntu(14.04)系统中所用的Upstart，....参看ubuntu的Upstart启动流程和ubuntu upstart简单说明

改变程序，在父进程中增加死循环，不让父进程退出

import os
from time import sleep

pid = os.fork()

if pid < 0:
    print("create process failed")
elif pid == 0:
    print("my PID is",os.getpid()) #子进程PID
    print("my parent process-1 PID is",os.getppid()) #父进程PID
    sleep(5)
    print("my parent process-2 PID is",os.getppid()) #父进程PID
    print("this is child process")
else:
    sleep(1)
    print("===========================")
    print("the PID is",pid) #父进程中fork()返回值　＝　子进程PID
    print("the parent PID is",os.getpid()) #父进程PID
    print("this is parent process")
    while True:
        pass

此时就不会发生变化，因为父进程一直处于死循环未退出状态。

fork  侧重于父子进程都有任务，适合于少量的子进程创建