進程間通訊 - tw511教學網

進程間通訊表示進程之間的資料交換。為了開發並行應用程式，需要在進程間交換資料。下圖顯示了多個子過程之間同步的各種通訊機制 -

各種通訊機制

在本節中，我們將了解各種通訊機制。機制如下所述 -

佇列
佇列可以用於多進程程式。多處理模組的Queue類與Queue.Queue類相似。因此，可以使用相同的API。 Multiprocessing.Queue提供了進程間通訊的執行緒和進程安全FIFO(先進先出)機制。

例子

下面是一個簡單的例子，從python官方文件多處理了解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()

執行上面範例程式碼，得到以下結果 -

[42, None, 'hello']

管道
它是一種資料結構，用於在多進程程式中的進程之間進行通訊。Pipe()函式返回一對由管道連線的連線物件，預設情況下是雙工(雙向)。它的工作原理如下 -

它返回一對代表管道兩端的連線物件。

每個物件都有兩個方法 - send()和recv()，以在進程之間進行通訊。

例子
下面是一個簡單的例子，摘自python官方文件多處理，以理解Pipe()函式的多進程概念。

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()

執行上面程式碼，得到以下結果 -

[42, None, 'hello']

管理器

Manager是一類多處理模組，它提供了一種協調所有使用者之間共用資訊的方式。管理器物件控制伺服器進程，該進程管理共用物件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建立可以在不同進程之間共用的資料。以下是Manager物件的不同屬性 -

管理器的主要屬性是控制管理共用物件的伺服器進程。
另一個重要屬性是在任何進程修改它時更新所有共用物件。

例子
以下是使用管理器物件在伺服器進程中建立列表記錄，然後在該列表中新增新記錄的範例。

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()

執行上面程式碼，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

管理器名稱空間的概念

Manager類帶有名稱空間的概念，這是一種在多個進程間共用多個屬性的快速方法。名稱空間不具有任何可以呼叫的公共方法，但它們具有可寫的屬性。

例子
以下Python指令碼範例如何使用名稱空間在主進程和子進程之間共用資料 -

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)

執行上面範例程式碼，得到以下結果 -

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

Ctypes陣列和值

Multiprocessing模組提供了Array和Value物件，用於將資料儲存在共用記憶體對映中。 Array是從共用記憶體分配的Array和Value是從共用記憶體分配的ctypes物件。

Multiprocessing模組匯入Process，Value，Array。

例子
下面的Python指令碼是一個從python文件中獲取的例子，它利用Ctypes Array和Value在進程間共用一些資料。

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[:])

執行上面範例程式碼，得到以下結果 -

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

通訊順序進程(CSP)

CSP用於說明系統與具有並行模型的其他系統的互動。 CSP是通過訊息傳遞編寫並行或程式設計的框架，因此它對於描述並行是有效的。

Python PyCSP庫

要實現在CSP中找到的核心原語，Python有一個名為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的基本流程網路 -

在上面的PyCSP過程網路中，有兩個過程 - 進程1和進程2。這些過程通過傳遞訊息通過兩個通道 - 通道1和通道2進行通訊。

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指令碼是一個簡單的例子，它可以並行執行兩個進程。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()

在上面的指令碼中，已經建立了兩個函式，即P1和P2，然後用@process進行裝飾，將它們轉換為進程。執行上面程式碼後，得到以下輸出結果 -

P2 exiting
P1 exiting
Terminating