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  • 进程的基础理论、并发(multiprocessing模块)

    一、粘包优化方案

    之前我们解决粘包的方式是用struct模块来制作一个报头,但是这个解决的方案是有漏洞的,当我们需要传送的文件大于2g时将会报错。所以我们今天将用json来制作报头。

    from socket import *
    import subprocess
    import struct
    import json
    ss = socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    ss.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1)
    ss.bind(('127.0.0.1',8082))
    ss.listen(5)
    
    print('starting...')
    while True : #链接循环
        conn,addr = ss.accept() #链接,客户的的ip和端口组成的元组
        print('-------->',conn,addr)
    
        #收,发消息
        while True :#通信循环
            try :
                cmd = conn.recv(1024)
                res = subprocess.Popen(cmd.decode('utf-8'), shell = True,
                                       stdout = subprocess.PIPE,
                                       stderr = subprocess.PIPE)
                stdout = res.stdout.read()
                stderr = res.stderr.read()
                #制作报头
                h_dic = {
                    'total_size': len(stdout) + len(stderr),
                    'filename': None,
                    'md5': None}
    
                h_json = json.dumps(h_dic)
                h_bytes = h_json.encode('utf-8')
                #发送阶段
                #先发报头长度
                conn.send(struct.pack('i',len(h_bytes)))
                #再发报头
                conn.send(h_bytes)
    
                #最后发送命令的结果
                conn.send(stdout)
                conn.send(stderr)
            except Exception :
                break
        conn.close()
    ss.close()
    
    服务端
    服务端
    from socket import *
    import struct
    import json
    cs = socket(AF_INET,SOCK_STREAM) #买手机
    cs.connect(('127.0.0.1',8082)) #绑定手机卡
    
    #发,收消息
    while True :
        cmd = input('>>: ').strip()
        if not cmd : continue
    
        cs.send(cmd.encode('utf-8'))
        #先收报头的长度
        h_len = struct.unpack('i',cs.recv(4))[0]
    
        #再收报头
        h_bytes = cs.recv(h_len)
        h_json = h_bytes.decode('utf-8')
        h_dic = json.loads(h_json)
        total_size = h_dic['total_size']
    
        #最后收数据
        recv_size = 0
        total_data = b''
        while recv_size < total_size :
            recv_data = cs.recv(1024)
            recv_size += len(recv_data)
            total_data += recv_data
        print(total_data.decode('gbk'))
    cs.close()
    
    客户端
    客户端

    二、知识储备

    进程的概念起源于操作系统,是操作系统最核心的概念,也是操作系统提供的最古老也是最重要的抽象概念之一。操作系统的其他所有内容都是围绕进程的概念展开的。

    对操作系统基础知识比较模糊的可以在阅读本文前预习计算机基础2、操作系统http://www.cnblogs.com/liluning/p/7162317.html

    即使可以利用的cpu只有一个(早期的计算机确实如此),也能保证支持(伪)并发的能力。将一个单独的cpu变成多个虚拟的cpu(多道技术:时间多路复用和空间多路复用+硬件上支持隔离),没有进程的抽象,现代计算机将不复存在。

    #一 操作系统的作用:
        1:隐藏丑陋复杂的硬件接口,提供良好的抽象接口
        2:管理、调度进程,并且将多个进程对硬件的竞争变得有序
    
    #二 多道技术:
        1.产生背景:针对单核,实现并发
        ps:
        现在的主机一般是多核,那么每个核都会利用多道技术,但是核与核之间没有使用多道技术切换这么一说;
        有4个cpu,运行于cpu1的某个程序遇到io阻塞,会等到io结束再重新调度,会被调度到4个cpu中的任意一个,具体由操作系统调度算法决定。
        
        2.时间上的复用(复用一个cpu的时间片)+空间上的复用(如内存中同时有多道程序)

    三、进程

    1、进程概念

    进程即正在执行的一个过程。进程是对正在运行程序的一个抽象。正在进行的一个过程或者说一个任务。而负责执行任务则是cpu

    2、进程和程序

    程序仅仅只是一堆代码而已,而进程指的是程序的运行过程。

    需要强调的是:同一个程序执行两次,那也是两个进程,比如打开暴风影音,虽然都是同一个软件,但是一个可以播放苍井井,一个可以播放小泽泽。

    3、并发与并行

    无论是并行还是并发,在用户看来都是'同时'运行的,不管是进程还是线程,都只是一个任务而已,真实干活的是cpu,cpu来做这些任务,而一个cpu同一时刻只能执行一个任务

    1) 并发:是伪并行,即看起来是同时运行。单个cpu+多道技术就可以实现并发,(并行也属于并发)

    你是一个cpu,你同时谈了三个女朋友,每一个都可以是一个恋爱任务,你被这三个任务共享
    要玩出并发恋爱的效果,
    应该是你先跟女友1去看电影,看了一会说:不好,我要拉肚子,然后跑去跟第二个女友吃饭,吃了一会说:那啥,我
    去趟洗手间,然后跑去跟女友3开了个房

    2)同时运行,只有具备多个cpu才能实现并行

    单核下,可以利用多道技术,多个核,每个核也都可以利用多道技术(多道技术是针对单核而言的)

    有四个核,六个任务,这样同一时间有四个任务被执行,假设分别被分配给了cpu1,cpu2,cpu3,cpu4,

    一旦任务1遇到I/O就被迫中断执行,此时任务5就拿到cpu1的时间片去执行,这就是单核下的多道技术

    而一旦任务1的I/O结束了,操作系统会重新调用它(需知进程的调度、分配给哪个cpu运行,由操作系统说了算),可能被分配给四个cpu中的任意一个去执行

    4、同步与异步

    同步执行:一个进程在执行某个任务时,另外一个进程必须等待其执行完毕,才能继续执行
    异步执行:一个进程在执行某个任务时,另外一个进程无需等待其执行完毕,就可以继续执行,当有消息返回时,系统会通知后者进行处理,这样可以提高执行效率

    打电话时就是同步通信,发短息时就是异步通信。

    四、python的并发编程

    1、multiprocessing模块

    multiprocessing模块用来开启子进程,并在子进程中执行我们定制的任务(比如函数)

    multiprocessing模块的功能众多:支持子进程、通信和共享数据、执行不同形式的同步,提供了Process、Queue、Pipe、Lock等组件

    进程没有任何共享状态,进程修改的数据,改动仅限于该进程内。

    2、Process类的介绍

    1)进程的创建

    Process(target = talk,args = (conn,addr))
    #由该类实例化得到的对象,表示一个子进程中的任务(尚未启动)

    2)参数介绍

    group参数未使用,值始终为None
    
    target表示调用对象,即子进程要执行的任务
    
    args表示调用对象的位置参数元组,args=(1,2,'egon',)
    
    kwargs表示调用对象的字典,kwargs={'name':'egon','age':18}
    
    name为子进程的名称

    3)方法介绍

    p.start():启动进程,并调用该子进程中的p.run() 
    p.run():进程启动时运行的方法,正是它去调用target指定的函数,我们自定义类的类中一定要实现该方法  
    
    p.terminate():强制终止进程p,不会进行任何清理操作,如果p创建了子进程,该子进程就成了僵尸进程,使用该方法需要特别小心这种情况。如果p还保存了一个锁那么也将不会被释放,进而导致死锁
    p.is_alive():如果p仍然运行,返回True
    
    p.join([timeout]):主线程等待p终止(强调:是主线程处于等的状态,而p是处于运行的状态)。timeout是可选的超时时间,需要强调的是,p.join只能join住start开启的进程,而不能join住run开启的进程

    4)属性介绍

    p.daemon:默认值为False,如果设为True,代表p为后台运行的守护进程,当p的父进程终止时,p也随之终止,并且设定为True后,p不能创建自己的新进程,必须在p.start()之前设置
    
    p.name:进程的名称
    
    p.pid:进程的pid
    
    p.exitcode:进程在运行时为None、如果为–N,表示被信号N结束(了解即可)
    
    p.authkey:进程的身份验证键,默认是由os.urandom()随机生成的32字符的字符串。这个键的用途是为涉及网络连接的底层进程间通信提供安全性,这类连接只有在具有相同的身份验证键时才能成功(了解即可)

    3、process类的使用

    注意:在windows中Process()必须放到# if __name__ == '__main__':下

    1)开启进程的方式一:

    from multiprocessing import Process
    import time,random
    import os
    def piao(name):
        print(os.getppid(),os.getpid())
        print('%s is piaoing' %name)
        time.sleep(random.randint(1,3))
        print('%s is piao end' %name)
    if __name__ == '__main__':
        p1=Process(target=piao,kwargs={'name':'alex',})
        p2=Process(target=piao,args=('wupeiqi',))
        p3=Process(target=piao,kwargs={'name':'yuanhao',})
        p1.start()
        p2.start()
        p3.start()
        print('主进程',os.getpid())
    #os.getppid(),os.getpid()
    #父进程id,当前进程id

    2)开启进程的方式二:

    from multiprocessing import Process
    import time,random
    import os
    class Piao(Process):
        def __init__(self,name):
            super().__init__()
            self.name=name
        def run(self):
            print(os.getppid(),os.getpid())
            print('%s is piaoing' %self.name)
            # time.sleep(random.randint(1,3))
            print('%s is piao end' %self.name)
    if __name__ == '__main__':
        p1=Piao('alex')
        p2=Piao('wupeiqi')
        p3=Piao('yuanhao')
    
        p1.start()
        p2.start()
        p3.start()
        print('主进程',os.getpid(),os.getppid())

    4、将基于tcp协议的socket通信变成并发的形式

    服务端:

    from socket import *
    from multiprocessing import Process
    s=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    s.setsockopt(SOL_SOCKET,SO_REUSEADDR,1) #就是它,在bind前加
    s.bind(('127.0.0.1',8088))
    s.listen(5)
    def talk(conn,addr):
        while True: #通信循环
            try:
                data=conn.recv(1024)
                if not data:break
                conn.send(data.upper())
            except Exception:
                break
        conn.close()
    if __name__ == '__main__':
        while True:#链接循环
            conn,addr=s.accept()
            p=Process(target=talk,args=(conn,addr))
            p.start()
        s.close()

    客户端:

    from socket import *
    c=socket(AF_INET,SOCK_STREAM)
    c.connect(('127.0.0.1',8088))
    
    while True:
        msg=input('>>: ').strip()
        if not msg:continue
        c.send(msg.encode('utf-8'))
        data=c.recv(1024)
        print(data.decode('utf-8'))
    c.close()
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