pytorch 共享内存 python共享内存mmap

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hackernew 2023-09-02 11:20:29

文章标签 pytorch 共享内存 python json 共享内存 文章分类 PyTorch 人工智能

python 基于mmap模块的jsonmmap实现本地多进程内存共享

###1.概述

共享内存可以说是最有用的进程间通信方式.两个不用的进程共享内存的意思是:同一块物理内存被映射到两个进程的各自的进程地址空间.一个进程可以及时看到另一个进程对共享内存的更新,反之亦然.采用共享内存通信的一个显而易见的好处效率高,因为进程可以直接读写内存,而不需要任何数据的复制.对于向管道和消息队列等通信等方式,则需要在内核和用户空间进行四次的数据复制,而共享内存则只需要两次数据复制:一次从输入文件到共享内存区,另一个从共享内存区到输出文件.实际上,进程之间在共享内存时,并不总是读写少量数据后就解除映射,有新的通信时,再重新建立共享内存区域.而是保持共享区域,知道通信完毕为止,这样,数据内容就一直保存在共享内存中,并没有写回文件.共享内存中的内容往往是在解除映射时才写回文件的.因此,采用共享内存的通信方式效率非常高.
mmap系统调用是的是的进程间通过映射同一个普通文件实现共享内存.普通文件被映射到进程地址空间后,进程可以向像访问普通内存一样对文件进行访问,不必再调用read,write等操作.与mmap系统调用配合使用的系统调用还有munmap,msync等. 实际上,mmap系统调用并不是完全为了用于共享内存而设计的.它本身提供了不同于一般对普通文件的访问方式,是进程可以像读写内存一样对普通文件操作.而Posix或System V的共享内存则是纯粹用于共享内存的,当然mmap实现共享内存也是主要应用之一.

###2. python mmap模块详解

在python中，mmap.mmap()的函数实现在windows和linux上是不一样的，但实现api接口函数很相似，下面以mmap的windows实现为例说明：
mmap.mmap(fileno, length[, tagname[, access[, offset]]])

fileno：the file handle fileno，文件描述符
length：共享内存的大小
tagname: 共享内存区域的名字，可以理解为id
access:

ACCESS_READ: 只能读，如果执行写操作，raises a TypeError exception
ACCESS_WRITE: 可读可写
ACCESS_COPY: 可读可写，但不更新到文件中去

函数列表

mmap.close() 断开映射关系
mmap.find(string[, start[, end]])：返回第一个string的索引，否则返回-1
mmap.move(dest, src, count)：移动count大小的内容从src到dest
mmap.read(num): 根据文件指针的位置兑取num个字节的内容，更新文件指针的位置
mmap.read_byte()：读取当前字符，更新文件指针位置
mmap.readline()：Returns a single line, starting at the current file position and up to the next newline.从当前位置到下一行位置的所有内容
mmap.resize(newsize)：Resizes the map and the underlying file，改变映射内存与文件大小
mmap.rfind(string[, start[, end]])：返回最后一个string的索引
mmap.seek(pos[, whence])：设置文件指针的位置
mmap.size()：返回共享内存的大小
mmap.tell()：返回当前指针的位置
mmap.write(string)：从当前指针位置开始写入string
mmap.write_byte(byte): Write the single-character string byte into memory at the current position of the file pointer; the file position is advanced by 1.

###3.基于mmap和json实现内存共享

ObjectMmap继承自mmap，结合json实现python obj的共享

jsonwrite(obj): 将可json序列化的obj对象写入共享内存
jsonread_master()：主进程获取内存内容
jsonread_follower(): 从进程获取内存内容

自定义的jsonmmap模块：

#!/usr/bin/python
  # -*- coding: utf-8 -*-
  import mmap
  import json


  class ObjectMmap(mmap.mmap):

      def __init__(self, fileno=-1, length=1024, access=mmap.ACCESS_WRITE, tagname='share_mmap'):
          super(ObjectMmap, self).__init__(self, fileno, length, access=access, tagname=tagname)
          self.length = length
          self.access = access
          self.tagname = tagname

      def jsonwrite(self, obj):
          try:
              self.obj = obj
              self.seek(0)
              obj_str = json.dumps(obj)
              obj_len = len(obj_str)
              content = str(obj_len) + ":" + obj_str
              self.write(content)
              self.contentbegin = len(str(obj_len)) + 1
              self.contentend = self.tell()
              self.contentlength = self.contentend - self.contentbegin
              return True
          except Exception, e:
              return False

      def jsonread_master(self):
          try:
              self.seek(self.contentbegin)
              content = self.read(self.contentlength)
              obj = json.loads(content)
              self.obj = obj
              return obj
          except Exception, e:
              if self.obj:
                  return self.obj
              else:
                  return None

      def jsonread_follower(self):
          try:
              self.seek(0)
              index = self.find(":")
              if index != -1:
                  head = self.read(index + 1)
                  contentlength = int(head[:-1])
                  content = self.read(contentlength)
                  obj = json.loads(content)
                  self.obj = obj
                  return obj
              else:
                  return None
          except Exception, e:
              if self.obj:
                  return self.obj
              else:
                  return None

4.举例

主进程：

#!/usr/bin/python
  # -*- coding: utf-8 -*-
  import mmap
  from jsonmmap import ObjectMmap
  import random


  def main():
      mm = ObjectMmap(-1, 1024*1024, access=mmap.ACCESS_WRITE, tagname='share_mmap')
      while True:
          length = random.randint(1, 100)
          p = range(length)
          mm.jsonwrite(p)
          print '*' * 30
          print mm.jsonread_master()

  if __name__ == '__main__':
      main()

从进程：

#!/usr/bin/python
  # -*- coding: utf-8 -*-
  import mmap
  from jsonmmap import ObjectMmap
  import time


  def main():
      mm = ObjectMmap(-1, 1024*1024, access=mmap.ACCESS_READ, tagname='share_mmap')
      while True:
          print '*' * 30
          print mm.jsonread_follower()

  if __name__ == '__main__':
      main()