并发编程学习笔记

今日内容概要

• 作业讲解
• UDP协议
• 操作系统的发展史
• 多道技术
• 进程理论
• 进程的并行与并发
• 进程的三状态
• 同步和异步
• 阻塞与非阻塞
• 同步异步与阻塞非阻塞

今日内容详细

作业讲解

客户端上传电影
  客户端
    1.获取一个存有很多视频文件的路径 r'D:\J老师视频合集'
    2.列举该路径下所有的视频文件名称供用户选择
    3.拼接出该视频文件的完整路径
    4.制作字典数据
    5.制作字典报头
    6.发送报头
    7.发送字典
    8.发送视频文件
  服务端
    1.接收固定长度的报头
    2.解析数据字典的长度并接收
    3.解析字典获取真实数据长度
    4.接收真实数据

UDP协议

# 服务端
import socket
server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM) # 自己指定UDP协议(默认是TCP协议)
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
msg, address = server.recvfrom(1024)
print('msg>>>:%s' % msg.decode('utf8'))
print('address>>>:',address)
server.sendto('我是服务端 你好啊'.encode('utf8'), address)

# 客户端
import socket
client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
server_address = ('127.0.0.1', 8080)
client.sendto('我是客户端 想我了没'.encode('utf8'), server_address)
msg, address = client.recvfrom(1024)
print('msg>>>:%s' % msg.decode('utf8'))
print('address>>>:',address)

'''补充说明'''
1.服务端不需要考虑客户端是否异常退出
2.UDP不存在黏包问题(UDP多用于短消息的交互)

基于UDP实现简易版本的qq

# 服务端 
import socket

server = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
server.bind(('127.0.0.1', 8080))
while True:
    msg, addr = server.recvfrom(1024)
    print(addr)
    print(msg.decode('utf8'))
    back_msg = input('请回复消息>>>:').strip()
    server.sendto(back_msg.encode('utf8'), addr)

# 客户端 可多个同时执行发送信息，服务端一个一个接收回复
import socket

client = socket.socket(type=socket.SOCK_DGRAM)
server_addr = ('127.0.0.1', 8080)

while True:
    msg = input('请输入想要聊天的内容>>>:').strip()
    msg = '来自客户端1的消息:%s' % msg
    client.sendto(msg.encode('utf8'), server_addr)
    msg, addr = client.recvfrom(1024)
    print(msg.decode('utf8'), addr)

操作系统的发展史

回顾：三大核心硬件

CPU:是计算机中真正干活的人

内存:给CPU准备需要运行的代码

硬盘:永存存储将来可能要被运行的代码

强调:CPU是整个计算机执行效率的核心

发展史	作用
穿孔卡片	优势:一个人独占电脑 劣势:CPU利用率极低
联机批处理系统	缩短录入数据的时间让CPU连续工作的时间变长，提升CPU利用率
脱机批处理系统	是现代计算机的雏形，提升CPU利用率

总结：操作系统的发展史也可以看成是cpu利用率提升的发展史

多道技术

多道技术的出现就是为了提升CPU的利用率，降低程序的等待时间。目前我们研究并发都是以计算机是单核（一个CPU）的情况下

单道技术

所有的程序排队执行，总耗时是所有程序耗时之和
例子：
    做饭需要30min
    洗衣需要50min
    烧水需要20min
单道总共需要耗时:30min + 50min + 20min=100min

多道技术

计算机利用空闲时间提前准备好一些数据 提高效率 总耗时较短

空间上的复用：多个任务共用一套计算机硬件
时间上的复用：切换+保存状态
CPU在两种情况下会切换(去执行其他程序)：
    1.程序遇到IO操作，CPU自动切走运行其他程序
    2.程序长时间占用CPU，系统发现之后也会强行切走CPU，保证其他程序也可以使用
保存状态
    每次切换之前要记录下当前执行的状态 之后切回来基于当前状态继续执行
例子：
    做饭需要30min
    洗衣需要50min
    烧水需要20min
多道总共需要耗时:50min

进程理论

程序和进程的概念

程序：一堆躺在文件上的死代码

进程：正在被运行的程序(活的)

进程的调度算法

1.先来的先开始服务

比如说目前有3个进程，第一个进程需要1个小时，第二个和第三个进程都需要2秒钟，先到先服务，只能等第一个进程执行完后才会开始第二个第三个进程，对短作业任务不太友好。

2.短作业优先

如果说有10000个短作业进程每个都需要1秒种，而排在10000个短作业后的一个长作业需要半个小时，只能等10000个短作业执行完后才会执行长作业，多长作业任务不太友好

3.时间片轮转法+多级反馈队列

时间片轮转法:先公平的将CPU分给每个人执行.
多级反馈队列:根据作业长短的不同再合理分配CPU执行时间
'目的就是为了能够让单核的计算机也能够做到运行多个程序'

将固定的时间均分成很多份,所有的程序来了都公平的分一份
分配多次之后如果还有程序需要运行,则将其分到下一层
越往下表示程序总耗时越长,每次分的时间片越多,但是优先级越低

进程的并行与并发

并发

多个进程看上去像同时执行就可以称之为并发
原理：让CPU在多个程序之间利用多道技术来回切换+保存状态.
'单个CPU完全可以实现并发的效果，如果是并行那么肯定也属于并发''

并行

多个进程同时执行
'单个CPU肯定无法实现并行 必须要有多个CPU'

高并行与高并发

描述一个网址非常牛逼能够同时服务很多人的话术
  1.我这个网站很牛逼 能够支持14亿并行量(高并行)
    不合理 哪有那么多CPU(集群也不现实)
  2.我这个网站很牛逼 能够支持14亿并发量(高并发) 
    非常合理!!!  国内最牛逼的网站>>>:12306

进程的三状态

1.就绪(Ready)状态

当进程已分配到除CPU以外的所有必要的资源，只要获得处理机便可立即执行，这时的进程状态称为就绪状态。

2.执行/运行（Running)状态

当进程已获得处理机，其程序正在处理机上执行，此时的进程状态称为执行状态。

3.阻塞(Blocked)状态

正在执行的进程，由于等待某个事件发生而无法执行时，便放弃处理机而处于阻塞状态。引起进程阻塞的事件可有多种，例如，等待I/O完成、申请缓冲区不能满足、等待信件(信号)等。

1.所有的进程要想被运行 必须先经过就绪态
2.运行过程中如果出现了IO操作 则进入阻塞态
3.运行过程中如果时间片用完 则继续进入就绪态
4.阻塞态要想进入运行态必须先经过就绪态

同步和异步(重要)

用于描述任务的提交状态

同步

提交完任务之后原地等待任务的结果，期间不做任何事

异步

提交完任务之后不原地等待直接去做其他事，结果自动提醒

阻塞与非阻塞(重要)

用于描述进程的执行状态

阻塞

阻塞态:程序执行过程中有IO操作

非阻塞

运行态:程序被CPU执行着
就绪态:程序之进入运行态之前肯定要处于就绪态

同步异步与阻塞非阻塞

想要提升程序执行的效率，就要想办法让我们的程序一直处于就绪态和运行态

同步阻塞:在银行排队 并且在队伍中什么事情都不做
同步非阻塞:在银行排队 并且在队伍中做点其他事
异步阻塞:取号 在旁边座位上等着叫号 期间不做事
异步非阻塞:取号 在旁边座位上等着叫号 期间为所欲为