進程間通信

進程間通信表示進程之間的數據交換。 爲了開發並行應用程序,需要在進程間交換數據。 下圖顯示了多個子過程之間同步的各種通信機制 -

進程間通信

各種通信機制

在本節中,我們將瞭解各種通信機制。 機制如下所述 -

隊列
隊列可以用於多進程程序。 多處理模塊的Queue類與Queue.Queue類相似。 因此,可以使用相同的API。 Multiprocessing.Queue提供了進程間通信的線程和進程安全FIFO(先進先出)機制。

例子

下面是一個簡單的例子,從python官方文檔多處理了解Queue類的多處理概念。

from multiprocessing import Process, Queue
import queue
import random
def f(q):
   q.put([42, None, 'hello'])
def main():
   q = Queue()
   p = Process(target = f, args = (q,))
   p.start()
   print (q.get())
if __name__ == '__main__':
   main()

執行上面示例代碼,得到以下結果 -

[42, None, 'hello']

管道
它是一種數據結構,用於在多進程程序中的進程之間進行通信。Pipe()函數返回一對由管道連接的連接對象,默認情況下是雙工(雙向)。 它的工作原理如下 -

它返回一對代表管道兩端的連接對象。

每個對象都有兩個方法 - send()recv(),以在進程之間進行通信。

例子
下面是一個簡單的例子,摘自python官方文檔多處理,以理解Pipe()函數的多進程概念。

from multiprocessing import Process, Pipe

def f(conn):
   conn.send([42, None, 'hello'])
   conn.close()

if __name__ == '__main__':
   parent_conn, child_conn = Pipe()
   p = Process(target = f, args = (child_conn,))
   p.start()
   print (parent_conn.recv())
   p.join()

執行上面代碼,得到以下結果 -

[42, None, 'hello']

管理器

Manager是一類多處理模塊,它提供了一種協調所有用戶之間共享信息的方式。管理器對象控制服務器進程,該進程管理共享對象並允許其他進程操縱它們。 換句話說,管理器提供了一種方法來創建可以在不同進程之間共享的數據。 以下是Manager對象的不同屬性 -

  • 管理器的主要屬性是控制管理共享對象的服務器進程。
  • 另一個重要屬性是在任何進程修改它時更新所有共享對象。

例子
以下是使用管理器對象在服務器進程中創建列表記錄,然後在該列表中添加新記錄的示例。

import multiprocessing

def print_records(records):
   for record in records:
      print("Name: {0}\nScore: {1}\n".format(record[0], record[1]))

def insert_record(record, records):
   records.append(record)
      print("A New record is added\n")

if __name__ == '__main__':
   with multiprocessing.Manager() as manager:

      records = manager.list([('Computers', 1), ('Histoty', 5), ('Hindi',9)])
      new_record = ('English', 3)

      p1 = multiprocessing.Process(target = insert_record, args = (new_record, records))
      p2 = multiprocessing.Process(target = print_records, args = (records,))
      p1.start()
      p1.join()
      p2.start()
      p2.join()

執行上面代碼,得到以下結果 -

A New record is added

Name: Computers
Score: 1

Name: Histoty
Score: 5

Name: Hindi
Score: 9

Name: English
Score: 3

管理器命名空間的概念

Manager類帶有名稱空間的概念,這是一種在多個進程間共享多個屬性的快速方法。 命名空間不具有任何可以調用的公共方法,但它們具有可寫的屬性。

例子
以下Python腳本示例如何使用命名空間在主進程和子進程之間共享數據 -

import multiprocessing

def Mng_NaSp(using_ns):

   using_ns.x +=5
   using_ns.y *= 10

if __name__ == '__main__':
   manager = multiprocessing.Manager()
   using_ns = manager.Namespace()
   using_ns.x = 1
   using_ns.y = 1

   print ('before', using_ns)
   p = multiprocessing.Process(target = Mng_NaSp, args = (using_ns,))
   p.start()
   p.join()
   print ('after', using_ns)

執行上面示例代碼,得到以下結果 -

before Namespace(x = 1, y = 1)
after Namespace(x = 6, y = 10)

Ctypes數組和值

Multiprocessing模塊提供了ArrayValue對象,用於將數據存儲在共享內存映射中。 Array是從共享內存分配的ArrayValue是從共享內存分配的ctypes對象。

Multiprocessing模塊導入ProcessValueArray

例子
下面的Python腳本是一個從python文檔中獲取的例子,它利用Ctypes ArrayValue在進程間共享一些數據。

def f(n, a):
   n.value = 3.1415927
   for i in range(len(a)):
   a[i] = -a[i]

if __name__ == '__main__':
   num = Value('d', 0.0)
   arr = Array('i', range(10))

   p = Process(target = f, args = (num, arr))
   p.start()
   p.join()
   print (num.value)
   print (arr[:])

執行上面示例代碼,得到以下結果 -

3.1415927
[0, -1, -2, -3, -4, -5, -6, -7, -8, -9]

通信順序進程(CSP)

CSP用於說明系統與具有並行模型的其他系統的交互。 CSP是通過消息傳遞編寫併發或編程的框架,因此它對於描述併發是有效的。

Python PyCSP庫

要實現在CSP中找到的核心原語,Python有一個名爲PyCSP的庫。 它使實現非常簡短和易讀,因此可以非常容易地理解它。 以下是PyCSP的基本流程網絡 -

進程間通信

在上面的PyCSP過程網絡中,有兩個過程 - 進程1進程2。這些過程通過傳遞消息通過兩個通道 - 通道1通道2進行通信。

安裝PyCSP

通過以下命令來安裝Python的PyCSP庫 -

pip install PyCSP

例子
下面的Python腳本是一個簡單的例子,它可以並行運行兩個進程。 它是在PyCSP庫的幫助下完成的 -

from pycsp.parallel import *
import time
@process
def P1():
   time.sleep(1)
   print('P1 exiting')
@process
def P2():
   time.sleep(1)
   print('P2 exiting')
def main():
   Parallel(P1(), P2())
   print('Terminating')
if __name__ == '__main__':
   main()

在上面的腳本中,已經創建了兩個函數,即P1P2,然後用[@process](https://github.com/process "@process")進行裝飾,將它們轉換爲進程。執行上面代碼後,得到以下輸出結果 -

P2 exiting
P1 exiting
Terminating
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