• DAY 26 PYTHON入门


    一、僵尸进程与孤儿进程
    僵尸进程(有害)
      僵尸进程:一个进程使用fork创建子进程,如果子进程退出,而父进程并没有调用wait或waitpid获取子进程的状态信息,那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵死进程。详解如下
    我们知道在unix/linux中,正常情况下子进程是通过父进程创建的,子进程在创建新的进程。子进程的结束和父进程的运行是一个异步过程,即父进程永远无法预测子进程到底什么时候结束,如果子进程一结束就立刻回收其全部资源,那么在父进程内将无法获取子进程的状态信息。

    因此,UNⅨ提供了一种机制可以保证父进程可以在任意时刻获取子进程结束时的状态信息:
    1、在每个进程退出的时候,内核释放该进程所有的资源,包括打开的文件,占用的内存等。但是仍然为其保留一定的信息(包括进程号the process ID,退出状态the termination status of the process,运行时间the amount of CPU time taken by the process等)
    2、直到父进程通过wait / waitpid来取时才释放. 但这样就导致了问题,如果进程不调用wait / waitpid的话,那么保留的那段信息就不会释放,其进程号就会一直被占用,但是系统所能使用的进程号是有限的,如果大量的产生僵死进程,将因为没有可用的进程号而导致系统不能产生新的进程. 此即为僵尸进程的危害,应当避免。

    任何一个子进程(init除外)在exit()之后,并非马上就消失掉,而是留下一个称为僵尸进程(Zombie)的数据结构,等待父进程处理。这是每个子进程在结束时都要经过的阶段。如果子进程在exit()之后,父进程没有来得及处理,这时用ps命令就能看到子进程的状态是“Z”。如果父进程能及时 处理,可能用ps命令就来不及看到子进程的僵尸状态,但这并不等于子进程不经过僵尸状态。 如果父进程在子进程结束之前退出,则子进程将由init接管。init将会以父进程的身份对僵尸状态的子进程进行处理。

    孤儿进程(无害)
      孤儿进程:一个父进程退出,而它的一个或多个子进程还在运行,那么那些子进程将成为孤儿进程。孤儿进程将被init进程(进程号为1)所收养,并由init进程对它们完成状态收集工作。
      孤儿进程是没有父进程的进程,孤儿进程这个重任就落到了init进程身上,init进程就好像是一个民政局,专门负责处理孤儿进程的善后工作。每当出现一个孤儿进程的时候,内核就把孤 儿进程的父进程设置为init,而init进程会循环地wait()它的已经退出的子进程。这样,当一个孤儿进程凄凉地结束了其生命周期的时候,init进程就会代表党和政府出面处理它的一切善后工作。因此孤儿进程并不会有什么危害。

    僵尸进程危害场景:
      例如有个进程,它定期的产 生一个子进程,这个子进程需要做的事情很少,做完它该做的事情之后就退出了,因此这个子进程的生命周期很短,但是,父进程只管生成新的子进程,至于子进程 退出之后的事情,则一概不闻不问,这样,系统运行上一段时间之后,系统中就会存在很多的僵死进程,倘若用ps命令查看的话,就会看到很多状态为Z的进程。 严格地来说,僵死进程并不是问题的根源,罪魁祸首是产生出大量僵死进程的那个父进程。因此,当我们寻求如何消灭系统中大量的僵死进程时,答案就是把产生大 量僵死进程的那个元凶枪毙掉(也就是通过kill发送SIGTERM或者SIGKILL信号啦)。枪毙了元凶进程之后,它产生的僵死进程就变成了孤儿进 程,这些孤儿进程会被init进程接管,init进程会wait()这些孤儿进程,释放它们占用的系统进程表中的资源,这样,这些已经僵死的孤儿进程 就能瞑目而去了。

    ps:即便我们不调用join方法,python解释器也会定期在后台自动回收僵尸进程,如果我们开启一个死循环,不停地开子进程,子进程很快结束,父进程不死,会产生一堆僵尸子进程,但这些僵尸进程并不会累积
    因为python解释器会自动将它们回收,但如果我们在迅速开启了一堆子进程后,让父进程time.sleep(100)阻塞在了原地,那么父进程就是整体阻在原地了,此时子进程陆续进入僵尸状态,并不会被回收

    二、守护进程
    主进程创建守护进程
      其一:守护进程会在主进程代码执行结束后就终止
      其二:守护进程内无法再开启子进程,否则抛出异常:AssertionError: daemonic processes are not allowed to have children

    注意:进程之间是互相独立的,主进程代码运行结束,守护进程随即终止

    三、互斥锁
    互斥锁(英语:Mutual exclusion,缩写 Mutex)是一种用于多线程编程中,防止两条线程同时对同一公共资源(比如全局变量)进行读写的机制。该目的通过将代码切片成一个一个的临界区域(critical section)达成。临界区域指的是一块对公共资源进行访问的代码,并非一种机制或是算法。一个程序、进程、线程可以拥有多个临界区域,但是并不一定会应用互斥锁。
    需要此机制的资源的例子有:旗标、队列、计数器、中断处理程序等用于在多条并行运行的代码间传递数据、同步状态等的资源。维护这些资源的同步、一致和完整是很困难的,因为一条线程可能在任何一个时刻被暂停(休眠)或者恢复(唤醒)。

    四、IPC
    IPC:
    进程间通信(IPC,Inter-Process Communication),指至少两个进程或线程间传送数据或信号的一些技术或方法。
    进程是计算机系统分配资源的最小单位(严格说来是线程)。每个进程都有自己的一部分独立的系统资源,彼此是隔离的。为了能使不同的进程互相访问资源并进行协调工作,才有了进程间通信。通常,使用进程间通信的两个应用可以被分为客户端和服务器(见主从式架构),客户端进程请求数据,服务端响应客户端的数据请求。有一些应用本身既是服务器又是客户端,这在分布式计算中,时常可以见到。这些进程可以运行在同一计算机上或网络连接的不同计算机上。
    IPC对微内核和nano内核的设计过程非常重要。 微内核减少了内核提供的功能数量。 然后通过IPC与服务器通信获得这些功能,与普通的宏内核相比,IPC的数量大幅增加。

    管道:
    在类Unix操作系统(以及一些其他借用了这个设计的操作系统,如Windows)中,管道(英语:Pipeline)是一系列将标准输入输出链接起来的进程,其中每一个进程的输出被直接作为下一个进程的输入。 每一个链接都由匿名管道实现。管道中的组成元素也被称作过滤程序。

    队列:
    又称为伫列(queue),计算机科学中的一种抽象资料型别,是先进先出(FIFO, First-In-First-Out)的线性表。在具体应用中通常用链表或者数组来实现。队列只允许在后端(称为rear)进行插入操作,在前端(称为front)进行删除操作。
    队列的操作方式和堆栈类似,唯一的区别在于队列只允许新数据在后端进行添加。

    五、信号量
    信号量(英语:semaphore)又称为信号标,是一个同步对象,用于保持在0至指定最大值之间的一个计数值。当线程完成一次对该semaphore对象的等待(wait)时,该计数值减一;当线程完成一次对semaphore对象的释放(release)时,计数值加一。当计数值为0,则线程等待该semaphore对象不再能成功直至该semaphore对象变成signaled状态。semaphore对象的计数值大于0,为signaled状态;计数值等于0,为nonsignaled状态.
    semaphore对象适用于控制一个仅支持有限个用户的共享资源,是一种不需要使用忙碌等待(busy waiting)的方法。
    信号量的概念是由荷兰计算机科学家艾兹赫尔·戴克斯特拉(Edsger W. Dijkstra)发明的,广泛的应用于不同的操作系统中。在系统中,给予每一个进程一个信号量,代表每个进程目前的状态,未得到控制权的进程会在特定地方被强迫停下来,等待可以继续进行的信号到来。如果信号量是一个任意的整数,通常被称为计数信号量(Counting semaphore),或一般信号量(general semaphore);如果信号量只有二进制的0或1,称为二进制信号量(binary semaphore)。在linux系统中,二进制信号量(binary semaphore)又称互斥锁(Mutex)。

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