进程间通信

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进程间通信是指进程之间的数据交换。为了开发并行应用程序，需要在进程之间交换数据。下图显示了多个子进程之间同步的各种通信机制：

Intercommunication

各种通信机制

在本节中，我们将学习各种通信机制。这些机制描述如下：

队列

队列可用于多进程程序。multiprocessing 模块的 Queue 类类似于 Queue.Queue 类。因此，可以使用相同的 API。Multiprocessing.Queue 为我们提供了一种线程和进程安全的 FIFO（先进先出）机制，用于进程之间的通信。

示例

以下是 python 官方文档中关于 multiprocessing 的一个简单示例，用于理解 multiprocessing 的 Queue 类的概念。

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()

输出

[42, None, 'hello']

管道

它是一种数据结构，用于在多进程程序中进程之间进行通信。Pipe() 函数返回一对由管道连接的连接对象，默认情况下为双工（双向）。它的工作方式如下：

  • 它返回一对连接对象，表示管道的两端。

  • 每个对象都有两个方法 – send() 和 recv()，用于进程间通信。

示例

以下是 python 官方文档中关于 multiprocessing 的一个简单示例，用于理解 multiprocessing 的 Pipe() 函数的概念。

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()

输出

[42, None, 'hello']

管理器

Manager 是 multiprocessing 模块的一个类，它提供了一种方法来协调所有用户之间的共享信息。Manager 对象控制一个服务器进程，该进程管理共享对象并允许其他进程操作它们。换句话说，管理器提供了一种创建可以在不同进程之间共享的数据的方法。以下是 Manager 对象的不同属性：

  • Manager 的主要属性是控制一个服务器进程，该进程管理共享对象。

  • 另一个重要的属性是在任何进程修改它时更新所有共享对象。

示例

以下是一个示例，它使用 Manager 对象在服务器进程中创建列表记录，然后在该列表中添加新记录。

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()

输出

A New record is added

Name: Computers
Score: 1

Name: Histoty
Score: 5

Name: Hindi
Score: 9

Name: English
Score: 3

管理器中的命名空间概念

Manager 类带有命名空间的概念，这是一种在多个进程之间共享多个属性的快速方法。命名空间没有任何可调用的公共方法，但它们具有可写的属性。

示例

以下 Python 脚本示例帮助我们利用命名空间在主进程和子进程之间共享数据：

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)

输出

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

Ctypes-数组和值

Multiprocessing 模块提供 Array 和 Value 对象用于将数据存储在共享内存映射中。Array 是从共享内存分配的 ctypes 数组，而 Value 是从共享内存分配的 ctypes 对象。

首先，从 multiprocessing 中导入 Process、Value 和 Array。

示例

以下 Python 脚本是 python 文档中一个示例，用于利用 Ctypes 数组和值在进程之间共享一些数据。

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[:])

输出

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

通信顺序进程 (CSP)

CSP 用于说明系统与具有并发模型的其他系统的交互。CSP 是一个用于通过消息传递编写并发或程序的框架，因此它可以有效地描述并发性。

Python 库 – PyCSP

为了实现 CSP 中的核心原语，Python 有一个名为 PyCSP 的库。它使实现非常简短易读，以便于理解。以下是 PyCSP 的基本进程网络：

PyCSP

在上面的 PyCSP 进程网络中，有两个进程 – Process1 和 Process 2。这些进程通过两个通道 – channel 1 和 channel 2 – 传递消息来进行通信。

安装 PyCSP

借助以下命令，我们可以安装 Python 库 PyCSP：

pip install PyCSP

示例

以下 Python 脚本是一个简单的示例，用于并行运行两个进程。这是借助 PyCSP python 库完成的：

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()

在上面的脚本中，创建了两个函数 P1 和 P2，然后用 @process 装饰它们以将其转换为进程。

输出

P2 exiting
P1 exiting
Terminating
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