网络编程：基于UDP协议的socket基本使用、多道、进程理论、并发与并行、同步与异步、阻塞与非阻塞

2022.4.18 UDP协议实战、多道、进程理论

• socket模块之UDP协议基本使用
• 操作系统的发展史
• 多道技术
• 进程理论
• 重要概念之并发与并行
• 重要概念之同步与异步和阻塞与非阻塞

一、socket模块之UDP协议基本使用

1、服务端

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import socket

server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # type指定UDP协议，不写默认是TCP协议
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
msg, addr = server.recvfrom(1024)  # 接收数据
print('msg>>>:', msg.decode('utf8'))
print('addr>>>:', addr)
server.sendto(b'hello baby', addr)  # 发送数据

2、客户端

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import socket

client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)  # 指定UDP协议
server_addr = ('127.0.0.1', 8080)  # 查找通讯录
client.sendto(b'hello small baby', server_addr)  # 发送数据
msg, addr = client.recvfrom(1024)  # 接收数据
print('msg>>>:', msg.decode('utf8'))
print('addr>>>:', addr)

如果需要实现像qq聊天窗类似的功能，只需要将客户端与服务端连接，然后加上while循环，不断发送和接收信息

二、操作系统的发展史

1、穿孔卡片

优势：一个人独占电脑

劣势：CPU利用率极低

2、联机批处理系统

一次性可以录入多个用户指令、缩短了CPU等待的时间、提高了CPU的利用率

3、脱机批处理系统

是现代计算机核心部件的雏形，提高CPU的利用率

三、多道技术

目的：提升CPU利用率，降低程序等待时间

强调：目前我们研究并发都是以计算机是单核情况下，即只有一个CPU

1、串行

即多个任务排队执行，总耗时就是多个任务完整时间叠加

2、多道

即利用空闲提前准备，缩短总的执行时间并且还能提高CPU利用率

• 空间上的复用（多任务）

  多个任务共用一套计算机，就是将内存分为几部分，每个部分放入一个程序，这样，同一时间内存中就有了多道程序。

• 时间上的复用（切换+保存状态）

  当一个程序在等待I/O时，另一个程序可以使用cpu，如果内存中可以同时存放足够多的作业，则cpu的利用率可以接近100%

四、进程理论

1、什么是程序，什么是进程

程序：一堆没有被执行的代码（死的）

进程：正在运行的程序（活的）

2、为什么有进程概念和进程调度

前者：是为了更加准确描述出一些实际状态

后者：是为了能够让单核的计算机也能够做到运行多个程序

3、进程调度算法发展史

（1）先来先服务

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对短作业任务不太友好

（2）短作业优先

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多长作业任务不太友好

（3）时间片轮转法

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将CPU按照某个时间片段平均分给每个任务执行，每个任务执行时间是一致的

（4）多级反馈队列

先按照时间片轮转法分配片段给任务程序执行，然后程序根据作业长短的不同再合理分配CPU执行时间，如下图：

五、重要概念之并发与并行

1、并发与并行

并发：

看上去像是同时在执行就可以称为并发，实际上是在很短的时间内让CPU利用多道技术快速来回切换并保存状态

并行：

必须是同一时间同时运行才可以称为并行

因此：单核计算机肯定能实现并发，但一定不能实现并行，并行必须是多个CPU

高并发：

我们写的软件可以服务极多用户，即极多的并发量，不是同时运行，但是感觉都在被服务

高并行：

我们写的软件在同一时间支持极多的并行量，言外之意就是有极多cpu，有几个并行就用几个cpu

六、重要概念之同步与异步和阻塞与非阻塞

1、同步与异步

同步：

提交完任务之后原地等待任务的返回结果，期间不做任何事情

异步：

提交完任务之后不原地等待任务的结果，直接去做其他事情，有结果自动提醒（相当于分出一个分支去处理任务并得出结果返回给主程序）

2、阻塞与非阻塞

进程三状态图：

就绪态:程序之进入运行态之前肯定要处于就绪态
运行态:程序被CPU执行着
阻塞态:程序执行过程中有IO操作

阻塞：

即处于阻塞态

非阻塞：

即处于就绪态、运行态

3、同步异步与阻塞非阻塞结合

同步异步:用来描述任务的提交方式
阻塞非阻塞:用来描述任务的执行状态

两者相结合产生四个状态：同步阻塞、同步非阻塞、异步阻塞、异步非阻塞

同步阻塞:

eg：银行排队办理业务 期间不做任何事

提交完任务后等待结果过程中进入阻塞状态

同步非阻塞:

eg：银行排队办理业务 期间喝水吃东西 但是人还在队列中

提交完任务后等待结果时未进入阻塞状态，然后继续进入队列执行

异步阻塞:

eg：在椅子上坐着 但是不做任何事

提交完任务后让该任务等待结果，自己去处理其他任务，该任务过程中进入阻塞状态，阻塞态结束后返回结果

异步非阻塞:

eg：在椅子上坐着 期间喝水吃东西办公 (程序运行的极致)

提交完任务后让该任务等待结果并顺利执行完返回结果，自己去处理其他任务