多线程多进程问题

一、简介      

       我们将一个正在运行的程序称为进程。每个进程都有它自己的系统状态，包含内存状态、打开文件列表、追踪指令执行情况的程序指针以及一个保存局部变量的调用栈。通常情况下，一个进程依照一个单序列控制流顺序执行，这个控制流被称为该进程的主线程。在任何给定的时刻，一个程序只做一件事情。

　　一个程序可以通过Python库函数中的os或subprocess模块创建新进程(例如os.fork()或是subprocess.Popen())。然而，这些被称为子进程的进程却是独立运行的，它们有各自独立的系统状态以及主线程。因为进程之间是相互独立的，因此它们同原有的进程并发执行。这是指原进程可以在创建子进程后去执行其它工作。

　　虽然进程之间是相互独立的，但是它们能够通过名为进程间通信(IPC)的机制进行相互通信。一个典型的模式是基于消息传递，可以将其简单地理解为一个纯字节的缓冲区，而send()或recv()操作原语可以通过诸如管道(pipe)或是网络套接字(network socket)等I/O通道传输或接收消息。还有一些IPC模式可以通过内存映射(memory-mapped)机制完成(例如mmap模块)，通过内存映射，进程可以在内存中创建共享区域，而对这些区域的修改对所有的进程可见。

　　多进程能够被用于需要同时执行多个任务的场景，由不同的进程负责任务的不同部分。然而，另一种将工作细分到任务的方法是使用线程。同进程类似，线程也有其自己的控制流以及执行栈，但线程在创建它的进程之内运行，分享其父进程的所有数据和系统资源。当应用需要完成并发任务的时候线程是很有用的，但是潜在的问题是任务间必须分享大量的系统状态。

　　当使用多进程或多线程时，操作系统负责调度。这是通过给每个进程(或线程)一个很小的时间片并且在所有活动任务之间快速循环切换来实现的，这个过程将CPU时间分割为小片段分给各个任务。例如，如果你的系统中有10个活跃的进程正在执行，操作系统将会适当的将十分之一的CPU时间分配给每个进程并且循环地在十个进程之间切换。当系统不止有一个CPU核时，操作系统能够将进程调度到不同的CPU核上，保持系统负载平均以实现并行执行。

　　利用并发执行机制写的程序需要考虑一些复杂的问题。复杂性的主要来源是关于同步和共享数据的问题。通常情况下，多个任务同时试图更新同一个数据结构会造成脏数据和程序状态不一致的问题(正式的说法是资源竞争的问题)。为了解决这个问题，需要使用互斥锁或是其他相似的同步原语来标识并保护程序中的关键部分。举个例子，如果多个不同的线程正在试图同时向同一个文件写入数据，那么你需要一个互斥锁使这些写操作依次执行，当一个线程在写入时，其他线程必须等待直到当前线程释放这个资源。

1.看完前面，应该对多进程和多线程有个直观的认识。如果总结多进程和多线程的区别，你肯定能说，前者开销大，后者开销较小。确实，这就是最基本的区别。

2.线程函数的可重入性：

可重入：概念基本没有比较正式的完整解释，但是它比线程安全要求更严格。根据经验，所谓“重入”，常见的情况是，程序执行到某个函数foo()时，收到信号，于是暂停目前正在执行的函数，转到信号处理函数，而这个信号处理函数的执行过程中，又恰恰也会进入到刚刚执行的函数foo()，这样便发生了所谓的重入。此时如果foo()能够正确的运行，而且处理完成后，之前暂停的foo()也能够正确运行，则说明它是可重入的。

线程安全的条件：

要确保函数线程安全，主要需要考虑的是线程之间的共享变量。属于同一进程的不同线程会共享进程内存空间中的全局区和堆，而私有的线程空间则主要包括栈和寄存器。因此，对于同一进程的不同线程来说，每个线程的局部变量都是私有的，而全局变量、局部静态变量、分配于堆的变量都是共享的。在对这些共享变量进行访问时，如果要保证线程安全，则必须通过加锁的方式。

可重入的判断条件：

要确保函数可重入，需满足一下几个条件：

1、不在函数内部使用静态或全局数据 
2、不返回静态或全局数据，所有数据都由函数的调用者提供。 
3、使用本地数据，或者通过制作全局数据的本地拷贝来保护全局数据。
4、不调用不可重入函数。

神解答：

进程有独立的地址空间，而同一进程中的线程则需要共享
开一个进程成本高于线程，优点是隔离度好
开一个线程的成本较低，但是需要程序员管控的东西也多，相互影响而出问题的机会也较大

3.关于IPC(进程间通信)

由于多进程要并发协调工作，进程间的同步，通信是在所难免的。

稍微列举一下linux常见的IPC.

linux下进程间通信的几种主要手段简介：

1. 管道（Pipe）及有名管道（named pipe）：管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信；
2. 信号（Signal）：信号是比较复杂的通信方式，用于通知接受进程有某种事件发生，除了用于进程间通信外，进程还可以发送信号给进程本身；linux除了支持Unix早期信号语义函数sigal外，还支持语义符合Posix.1标准的信号函数sigaction（实际上，该函数是基于BSD的，BSD为了实现可靠信号机制，又能够统一对外接口，用sigaction函数重新实现了signal函数）；
3. 报文（Message）队列（消息队列）：消息队列是消息的链接表，包括Posix消息队列system V消息队列。有足够权限的进程可以向队列中添加消息，被赋予读权限的进程则可以读走队列中的消息。消息队列克服了信号承载信息量少，管道只能承载无格式字节流以及缓冲区大小受限等缺点。
4. 共享内存：使得多个进程可以访问同一块内存空间，是最快的可用IPC形式。是针对其他通信机制运行效率较低而设计的。往往与其它通信机制，如信号量结合使用，来达到进程间的同步及互斥。
5. 信号量（semaphore）：主要作为进程间以及同一进程不同线程之间的同步手段。
6. 套接口（Socket）：更为一般的进程间通信机制，可用于不同机器之间的进程间通信。起初是由Unix系统的BSD分支开发出来的，但现在一般可以移植到其它类Unix系统上：Linux和System V的变种都支持套接字。

或许你会有疑问，那多线程间要通信，应该怎么做？前面已经说了，多数的多线程都是在同一个进程下的，它们共享该进程的全局变量，我们可以通过全局变量来实现线程间通信。如果是不同的进程下的2个线程间通信，直接参考进程间通信。