摘要:在一个进程内部,要同时干多件事,就需要同时运行多个子任务,我们把进程内的这些子任务称为线程。总结一下,多任务的实现方式有三种多进程模式多线程模式多进程多线程模式线程是最小的执行单元,而进程由至少一个线程组成。
进程与线程
很多同学都听说过,现代操作系统比如Mac OS X,UNIX,Linux,Windows等,都是支持“多任务”的操作系统。
什么叫“多任务”呢?简单地说,就是操作系统可以同时运行多个任务。打个比方,你一边在用浏览器上网,一边在听MP3,一边在用Word赶作业,这就是多任务,至少同时有3个任务正在运行。还有很多任务悄悄地在后台同时运行着,只是桌面上没有显示而已。
现在,多核CPU已经非常普及了,但是,即使过去的单核CPU,也可以执行多任务。由于CPU执行代码都是顺序执行的,那么,单核CPU是怎么执行多任务的呢?
答案就是操作系统轮流让各个任务交替执行,任务1执行0.01秒,切换到任务2,任务2执行0.01秒,再切换到任务3,执行0.01秒……这样反复执行下去。表面上看,每个任务都是交替执行的,但是,由于CPU的执行速度实在是太快了,我们感觉就像所有任务都在同时执行一样。
真正的并行执行多任务只能在多核CPU上实现,但是,由于任务数量远远多于CPU的核心数量,所以,操作系统也会自动把很多任务轮流调度到每个核心上执行。
对于操作系统来说,一个任务就是一个进程(Process),比如打开一个浏览器就是启动一个浏览器进程,打开一个记事本就启动了一个记事本进程,打开两个记事本就启动了两个记事本进程,打开一个Word就启动了一个Word进程。 有些进程还不止同时干一件事,比如Word,它可以同时进行打字、拼写检查、打印等事情。在一个进程内部,要同时干多件事,就需要同时运行多个“子任务”,我们把进程内的这些“子任务”称为线程(Thread)。 由于每个进程至少要干一件事,所以,一个进程至少有一个线程。当然,像Word这种复杂的进程可以有多个线程,多个线程可以同时执行,多线程的执行方式和多进程是一样的,也是由操作系统在多个线程之间快速切换,让每个线程都短暂地交替运行,看起来就像同时执行一样。当然,真正地同时执行多线程需要多核CPU才可能实现。
我们前面编写的所有的Python程序,都是执行单任务的进程,也就是只有一个线程。
如果我们要同时执行多个任务怎么办?
有两种解决方案:
一种是启动多个进程,每个进程虽然只有一个线程,但多个进程可以一块执行多个任务。
还有一种方法是启动一个进程,在一个进程内启动多个线程,这样,多个线程也可以一块执行多个任务。
当然还有第三种方法,就是启动多个进程,每个进程再启动多个线程,这样同时执行的任务就更多了,当然这种模型更复杂,实际很少采用。
总结一下,多任务的实现方式有三种:
多进程模式
多线程模式
多进程+多线程模式
线程是最小的执行单元,而进程由至少一个线程组成。如何调度进程和线程,完全由操作系统决定,程序自己不能决定什么时候执行,执行多长时间。
多进程和多线程的程序涉及到同步、数据共享的问题,编写起来更复杂。
无论是并行还是并发,在用户看来都是同时运行的,不管是进程还是线程,都只是一个任务而已,
真正干活的是CPU,CPU来做这些任务,而一个cpu(单核)同一时刻只能执行一个任务。
并行:多个任务同时运行,只有具备多个cpu才能实现并行,含有几个cpu,也就意味着在同一时刻可以执行几个任务。
并发:是伪并行,即看起来是同时运行的,实际上是单个CPU在多道程序之间来回的进行切换。
同步就是指一个进程在执行某个请求的时候,若该请求需要一段时间才能返回信息,那么这个进程将会一直等待下去,直到收到返回信息才继续执行下去。
异步是指进程不需要一直等下去,而是继续执行下面的操作,不管其他进程的状态。当有消息返回时系统会通知进行处理,这样可以提高执行的效率。
打电话的过程就是同步通信,发短信时就是异步通信。
子进程创建后,父进程和子进程有各自不同的地址空间,多道技术要求物理层面实现进程之间内存的
隔离,任何一个进程在其地址空间的修改都不会影响到另外一个进程。
注意:子进程和父进程之间是可以有只读的共享的内存区域的。
进程与进程之间数据(资源)是隔离的,两个进程之间可以基于管道这种方式进行通信。在Unix当中,是含有进程层次的概念的,但是在windows当中,是没有进程层次的概念的,所有的进程都是地位相同的。
在Linux当中,每启动一个命令,都会启动一个进程。
在其他语言当中,一个进程里面开启多个线程,每个线程都可以给一个cpu去使用,但是在
python当中,在同一时刻,一个进程当中只能有一个线程处于运行状态。
eg:在其他语言当中,比如我现在开启了一个进程,这个进程当中含有几个线程,如果我现在有多个cpu,每一个线程是可以对应相应的CPU的。
但是在python当中,如果我们现在开启了一个进程,这个进程里面对应多个线程,同一时刻只有一个线程可以处于运行状态。
对于其他语言而言,在多CPU系统中,为了最大限度的利用多核,可以开启多个线程。
但是Python中的多线程是利用不了多核优势的。
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