程序間通訊

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程序間通訊是指程序之間的資料交換。為了開發並行應用程式，需要在程序之間交換資料。下圖顯示了多個子程序之間同步的各種通訊機制：

Intercommunication

各種通訊機制

在本節中，我們將學習各種通訊機制。這些機制描述如下：

佇列

佇列可用於多程序程式。multiprocessing 模組的 Queue 類類似於 Queue.Queue 類。因此，可以使用相同的 API。Multiprocessing.Queue 為我們提供了一種執行緒和程序安全的 FIFO（先進先出）機制，用於程序之間的通訊。

示例

以下是 python 官方文件中關於 multiprocessing 的一個簡單示例，用於理解 multiprocessing 的 Queue 類的概念。

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()

輸出

[42, None, 'hello']

管道

它是一種資料結構，用於在多程序程式中程序之間進行通訊。Pipe() 函式返回一對由管道連線的連線物件，預設情況下為雙工（雙向）。它的工作方式如下：

  • 它返回一對連線物件，表示管道的兩端。

  • 每個物件都有兩個方法 – send() 和 recv()，用於程序間通訊。

示例

以下是 python 官方文件中關於 multiprocessing 的一個簡單示例，用於理解 multiprocessing 的 Pipe() 函式的概念。

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()

輸出

[42, None, 'hello']

管理器

Manager 是 multiprocessing 模組的一個類，它提供了一種方法來協調所有使用者之間的共享資訊。Manager 物件控制一個伺服器程序，該程序管理共享物件並允許其他程序操作它們。換句話說，管理器提供了一種建立可以在不同程序之間共享的資料的方法。以下是 Manager 物件的不同屬性：

  • Manager 的主要屬性是控制一個伺服器程序，該程序管理共享物件。

  • 另一個重要的屬性是在任何程序修改它時更新所有共享物件。

示例

以下是一個示例，它使用 Manager 物件在伺服器程序中建立列表記錄，然後在該列表中新增新記錄。

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()

輸出

A New record is added

Name: Computers
Score: 1

Name: Histoty
Score: 5

Name: Hindi
Score: 9

Name: English
Score: 3

管理器中的名稱空間概念

Manager 類帶有名稱空間的概念，這是一種在多個程序之間共享多個屬性的快速方法。名稱空間沒有任何可呼叫的公共方法，但它們具有可寫的屬性。

示例

以下 Python 指令碼示例幫助我們利用名稱空間在主程序和子程序之間共享資料：

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)

輸出

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

Ctypes-陣列和值

Multiprocessing 模組提供 Array 和 Value 物件用於將資料儲存在共享記憶體對映中。Array 是從共享記憶體分配的 ctypes 陣列，而 Value 是從共享記憶體分配的 ctypes 物件。

首先，從 multiprocessing 中匯入 Process、Value 和 Array。

示例

以下 Python 指令碼是 python 文件中一個示例，用於利用 Ctypes 陣列和值在程序之間共享一些資料。

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[:])

輸出

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

通訊順序程序 (CSP)

CSP 用於說明系統與具有併發模型的其他系統的互動。CSP 是一個用於透過訊息傳遞編寫併發或程式的框架，因此它可以有效地描述併發性。

Python 庫 – PyCSP

為了實現 CSP 中的核心原語，Python 有一個名為 PyCSP 的庫。它使實現非常簡短易讀，以便於理解。以下是 PyCSP 的基本程序網路：

PyCSP

在上面的 PyCSP 程序網路中，有兩個程序 – Process1 和 Process 2。這些程序透過兩個通道 – channel 1 和 channel 2 – 傳遞訊息來進行通訊。

安裝 PyCSP

藉助以下命令，我們可以安裝 Python 庫 PyCSP：

pip install PyCSP

示例

以下 Python 指令碼是一個簡單的示例，用於並行執行兩個程序。這是藉助 PyCSP python 庫完成的：

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，建立了兩個函式 P1 和 P2，然後用 @process 裝飾它們以將其轉換為程序。

輸出

P2 exiting
P1 exiting
Terminating
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