python多进程
来源:互联网 发布:中国移动大数据营销 编辑:程序博客网 时间:2024/05/04 04:06
Unix/Linux操作系统提供了一个fork()系统调用,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。
Python的os模块封装了常见的系统调用,其中就包括fork,可以在Python程序中轻松创建子进程:
import osprint('Process (%s) start...' % os.getpid())# Only works on Unix/Linux/Mac:pid = os.fork()if pid == 0: print('I am child process (%s) and my parent is %s.' % (os.getpid(), os.getppid()))else: print('I (%s) just created a child process (%s).' % (os.getpid(), pid))
由于Windows没有fork调用,上面的代码在Windows上无法运行。由于Mac系统是基于BSD(Unix的一种)内核,所以,在Mac下运行是没有问题的,推荐大家用Mac学Python!
有了fork调用,一个进程在接到新任务时就可以复制出一个子进程来处理新任务,常见的Apache服务器就是由父进程监听端口,每当有新的http请求时,就fork出子进程来处理新的http请求。
multiprocessing
如果你打算编写多进程的服务程序,Unix/Linux无疑是正确的选择。由于Windows没有fork调用,难道在Windows上无法用Python编写多进程的程序?
由于Python是跨平台的,自然也应该提供一个跨平台的多进程支持。multiprocessing模块就是跨平台版本的多进程模块。
multiprocessing模块提供了一个Process类来代表一个进程对象,下面的例子演示了启动一个子进程并等待其结束:
__author__ = 'gaoqingjin'# encode='utf-8'from multiprocessing import Processfrom time import sleepimport osdef run_function(name): print('Run child process %s (%s)' % (name,os.getpid())) sleep(1)if __name__=='__main__': print('Parent process %s.' % os.getpid()) p=Process(target=run_function,args=('test',)) print('Child process will start.') p.start() p.join() print('Child process end.')
创建子进程时,只需要传入一个执行函数和函数的参数,创建一个Process实例,用start()方法启动,这样创建进程比fork()还要简单。
join()方法可以等待子进程结束后再继续往下运行,通常用于进程间的同步。
Pool
如果要启动大量的子进程,可以用进程池的方式批量创建子进程:
Pool可以提供指定数量的进程,供用户调用,当有新的请求提交到pool中时,如果池还没有满,那么就会创建一个新的进程用来执行该请求;但如果池中的进程数已经达到规定最大值,那么该请求就会等待,直到池中有进程结束,才会创建新的进程来它。这里有一个简单的例子:
from multiprocessing import Poolimport os,time,randomdef long_time_task(name): print('Run task %s (%s)' % (name,os.getpid())) start=time.time() time.sleep(random.random()*3) end=time.time() print('Task %s run %0.2f seconds.' % (name,(end-start)))if __name__=='__main__': print('Parent process %s.' % os.getpid()) p=Pool(4) for i in range(5): p.apply_async(long_time_task,args=(i,)) print('Waiting for all subprocess done...') p.close() p.join() print('All subprocess done.')
执行结果:
Parent process 1180.Waiting for all subprocess done...Run task 0 (7452)Run task 1 (4336)Run task 2 (7720)Run task 3 (8600)Task 1 run 0.79 seconds.Run task 4 (4336)Task 4 run 0.16 seconds.Task 0 run 1.00 seconds.Task 3 run 1.11 seconds.Task 2 run 2.79 seconds.All subprocess done.Sucess
pool.apply_async()用来向进程池提交目标请求,pool.join()是用来等待进程池中的worker进程执行完毕,防止主进程在worker进程结束前结束。但必pool.join()必须使用在pool.close()或者pool.terminate()之后。其中close()跟terminate()的区别在于close()会等待池中的worker进程执行结束再关闭pool,而terminate()则是直接关闭。result.successful()表示整个调用执行的状态,如果还有worker没有执行完,则会抛出AssertionError异常。对Pool对象调用join()方法会等待所有子进程执行完毕,调用join()之前必须先调用close(),调用close()之后就不能继续添加新的Process了。
请注意输出的结果,task 0,1,2,3是立刻执行的,而task 4要等待前面某个task完成后才执行,这是因为Pool的默认大小在我的电脑上是4,因此,最多同时执行4个进程。这是Pool有意设计的限制,并不是操作系统的限制。如果改成:
p = Pool(5)
就可以同时跑5个进程。
由于Pool的默认大小是CPU的核数,如果你不幸拥有8核CPU,你要提交至少9个子进程才能看到上面的等待效果。
子进程
很多时候,子进程并不是自身,而是一个外部进程。我们创建了子进程后,还需要控制子进程的输入和输出。
subprocess模块可以让我们非常方便地启动一个子进程,然后控制其输入和输出。
下面的例子演示了如何在Python代码中运行命令nslookup www.python.org,这和命令行直接运行的效果是一样的:
import subprocessprint('$ nslookup www.python.org')r=subprocess.call(['nslookup','www.python.org'])print('Exit code: ',r)
运行结果:
$ nslookup www.python.org非权威应答:服务器: linedns.bta.net.cnAddress: 202.106.196.115名称: python.map.fastly.netAddress: 103.245.222.223Aliases: www.python.orgExit code: 0
如果子进程还需要输入,则可以通过communicate()方法输入:
import subprocessprint('$ nslookup')p=subprocess.Popen(['nslookup'],stdin=subprocess.PIPE,stdout=subprocess.PIPE,stderr=subprocess.PIPE)output,err=p.communicate(b'set q=mx\npython.org\nexit\n')print(output)print('Exit code: ',p.returncode)
Popen.poll()
检查子进程是否已结束,设置并返回returncode属性。
Popen.wait()
等待子进程结束,设置并返回returncode属性。
Popen.send_signal(signal)
给子进程发送signal信号。
注意:windows下目前只支持发送SIGTERM,等效于下面的terminate() 。
Popen.terminate()
停止子进程。Posix下是发送SIGTERM信号。windows下是调用TerminateProcess()这个API。
Popen.kill()
杀死子进程。Posix下是发送SIGKILL信号。windows下和terminate() 无异。
Popen.stdin
如果stdin 参数是PIPE,此属性就是一个文件对象,否则为None 。
Popen.stdout
如果stdout参数是PIPE,此属性就是一个文件对象,否则为None 。
Popen.stderr
如果stderr 参数是PIPE,此属性就是一个文件对象,否则为None 。
Popen.returncode
子程序的返回值,由poll()或者wait()设置,间接地也由communicate()设置。
如果为None,表示子进程还没终止。
如果为负数-N的话,表示子进程被N号信号终止。(仅限*nux)
进程间通信
Process之间肯定是需要通信的,操作系统提供了很多机制来实现进程间的通信。Python的multiprocessing模块包装了底层的机制,提供了Queue、Pipes等多种方式来交换数据。
我们以Queue为例,在父进程中创建两个子进程,一个往Queue里写数据,一个从Queue里读数据:
from multiprocessing import Process,Queueimport os,time,randomdef write(q): print('Process to write: %s' % os.getpid()) for value in ['a','b','c']: print('Put %s to queue.' % value) q.put(value) time.sleep(random.random())def read(q): print('Process to read: %s.' % os.getpid()) while True: value=q.get(True) print('Get %s from queue.' % value)if __name__=='__main__': q=Queue() pw=Process(target=write,args=(q,)) pr=Process(target=read,args=(q,)) pw.start() pr.start() pw.join() pr.terminate()
运行结果:
Process to write: 2484Put a to queue.Process to read: 236.Get a from queue.Put b to queue.Put c to queue.Get b from queue.Get c from queue.
在Unix/Linux下,multiprocessing模块封装了fork()调用,使我们不需要关注fork()的细节。由于Windows没有fork调用,因此,multiprocessing需要“模拟”出fork的效果,父进程所有Python对象都必须通过pickle序列化再传到子进程去,所有,如果multiprocessing在Windows下调用失败了,要先考虑是不是pickle失败了。
小结
在Unix/Linux下,可以使用fork()调用实现多进程。
要实现跨平台的多进程,可以使用multiprocessing模块。
进程间通信是通过Queue、Pipes等实现的。
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