深入Python多進程編程基礎

多進程編程知識是Python程序員進階高級的必備知識點，我們平時習慣了使用multiprocessing庫來操縱多進程，但是並不知道它的具體實現原理。下面我對多進程的常用知識點都簡單列了一遍，使用原生的多進程方法調用，幫助讀者理解多進程的實現機制。代碼跑在linux環境下。沒有linux條件的，可以使用docker或者虛擬機運行進行體驗。

生成子進程

Python生成子進程使用，它將產生一個子進程。fork調用同時在父進程和主進程同時返回，在父進程中返回子進程的pid，在子進程中返回0，如果返回值小於零，說明子進程產生失敗，一般是因為操作系統資源不足。

生成多個子進程

我們調用方法多次就可以生成多個子進程，前提是必須保證是在父進程里執行，如果是子進程，就不要在調用了。

運行，輸出

進程休眠

使用time.sleep可以使進程休眠任意時間，單位為秒，可以是小數

殺死子進程

使用os.kill(pid, sig_num)可以向進程號為pid的子進程發送信號，sig_num常用的有SIGKILL(暴力殺死，相當於kill -9)，SIGTERM(通知對方退出，相當於kill不帶參數)，SIGINT(相當於鍵盤的ctrl+c)。

運行，我們看到控制台輸出如下

說明os.kill執行之後，子進程已經停止輸出了

殭屍子進程

在上面的例子中，os.kill執行完之後，我們通過ps -ef|grep python快速觀察進程的狀態，可以發現子進程有一個奇怪的顯示

待父進程終止後，子進程也一塊消失了。那是什麼含義呢？

它的含義是「殭屍進程」。子進程結束後，會立即成為殭屍進程，殭屍進程佔用的操作系統資源並不會立即釋放，它就像一具屍體啥事也不幹，但是還是持續佔據著操作系統的資源(內存等)。

收割子進程

如果徹底幹掉殭屍進程？父進程需要調用waitpid(pid, options)函數，「收割」子進程，這樣子進程才可以灰飛煙滅。waitpid函數會返回子進程的退出狀態，它就像子進程留下的臨終遺言，必須等父進程聽到後才能徹底瞑目。

運行python kill.py輸出如下

我們看到waitpid返回了一個tuple，第一個是子進程的pid，第二個9是什麼含義呢，它在不同的操作系統上含義不盡相同，不過在Unix上，它通常的value是一個16位的整數值，前8位表示進程的退出狀態，後8位表示導致進程退出的信號的整數值。所以本例中退出狀態位0，信號編號位9，還記得這個命令么，就是這個9表示暴力殺死進程。

如果我們將os.kill換一個信號才看結果，比如換成os.kill(pid, signal.SIGTERM)，可以看到返回結果變成了，15就是SIGTERM信號的整數值。

還可以起到等待子進程結束的功能，如果子進程不結束，那麼該調用會一直卡住。

捕獲信號

SIGTERM信號默認處理動作就是退出進程，其實我們還可以設置SIGTERM信號的處理函數，使得它不退出。

我們在子進程里設置了信號處理函數，SIG_IGN表示忽略信號。我們發現第一次調用os.kill之後，子進程會繼續輸出。說明子進程沒有被殺死。第二次os.kill之後，子進程終於停止了輸出。

接下來我們換一個自定義信號處理函數，子進程收到SIGTERM之後，列印一句話再退出。

輸出如下

信號處理函數有兩個參數，第一個sig_num表示被捕獲信號的整數值，第二個frame不太好理解，一般也很少用。它表示被信號打斷時，Python的運行的棧幀對象信息。讀者可以不必深度理解。

多進程並行計算實例

下面我們使用多進程進行一個計算圓周率PI。對於圓周率PI有一個數學極限公式，我們將使用該公司來計算圓周率PI。

先使用單進程版本

輸出

這個程序跑了有一小會才出結果，不過這個值已經非常接近圓周率了。

接下來我們用多進程版本，我們用redis進行進程間通信。

我們將級數之和的計算拆分成10個子進程計算，每個子進程負責1/10的計算量，並將計算的中間結果扔到redis的隊列中，然後父進程等待所有子進程結束，再將隊列中的數據全部匯總起來計算最終結果。

輸出如下

這個結果和單進程結果一致，但是花費的時間要縮短了不少。

這裡我們之所以使用redis作為進程間通信方式，是因為進程間通信是一個比較複雜的技術，我們需要單獨一篇文章來仔細講，各位讀者請耐心聽我下回分解，我們將會使用進程間通信技術來替換掉這裡的redis。

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