Pythonのmultiprocessingとsubprocessの活用

multiprocessingとは

Pythonのmultiprocessingモジュールは、プロセスベースの並行処理を可能にします。これは、PythonのGIL（Global Interpreter Lock）の制約を回避するための一つの方法です。GILは、一度に一つのスレッドしか実行できないというPythonの制約で、これによりマルチコアプロセッサの利点を完全に活用することができません。

multiprocessingモジュールは、新しいプロセスを生成し、それぞれのプロセスが独自のPythonインタープリタを持つことで、この問題を解決します。これにより、各プロセスが独自のGILを持つため、複数のプロセスが同時に実行できます。

このモジュールは、プロセス間通信と同期をサポートする豊富な機能を提供します。これには、プロセス、プール、キュー、パイプ、ロックなどが含まれます。これらの機能を使用することで、複雑な並行処理タスクを効率的に実行することができます。ただし、multiprocessingモジュールを使用する際には、プロセスの生成と管理、メモリの共有、プロセス間通信のオーバーヘッドなど、考慮すべき要素があります。これらの要素は、プログラムのパフォーマンスと効率に影響を与える可能性があります。したがって、これらの要素を適切に管理することが重要です。

subprocessとは

Pythonのsubprocessモジュールは、新しいプロセスを生成し、その入出力を扱い、その終了ステータスを取得するための強力な機能を提供します。このモジュールを使用すると、Pythonからシェルコマンドを実行したり、他のプログラムを起動したり、それらと対話したりすることができます。

subprocessモジュールは、Popenクラスを提供します。このクラスは、新しいプロセスを開始するためのインターフェースを提供します。Popenオブジェクトを作成すると、新しいプロセスが開始されます。このオブジェクトを通じて、プロセスの入出力を読み書きしたり、プロセスの終了ステータスを取得したりすることができます。

また、subprocessモジュールは、call、check_call、check_outputなどの便利な関数も提供します。これらの関数は、一般的なタスクを簡単に実行するためのもので、内部的にはPopenクラスを使用しています。

しかし、subprocessモジュールを使用する際には注意が必要です。特に、シェルインジェクション攻撃を防ぐために、ユーザーからの入力をそのままコマンドラインに渡すことは避けるべきです。また、デッドロックを避けるために、Popenオブジェクトのcommunicateメソッドを使用することが推奨されています。これらの点を考慮に入れながら、subprocessモジュールを使用することで、Pythonから他のプログラムと効果的に対話することができます。

multiprocessingとsubprocessの違い

Pythonのmultiprocessingとsubprocessは、両方とも新しいプロセスを生成するためのモジュールですが、その目的と使用方法には大きな違いがあります。

• 目的: multiprocessingモジュールは、PythonのGIL（Global Interpreter Lock）の制約を回避し、マルチコアプロセッサを活用するために設計されています。一方、subprocessモジュールは、Pythonからシェルコマンドを実行したり、他のプログラムを起動したり、それらと対話したりするために設計されています。

• 使用方法: multiprocessingは、Python関数を新しいプロセスで実行するためのAPIを提供します。これに対して、subprocessは、シェルコマンドや他のプログラムを新しいプロセスで実行するためのAPIを提供します。

• 通信: multiprocessingモジュールは、プロセス間通信（IPC）をサポートするための豊富な機能を提供します。これには、プロセス、プール、キュー、パイプ、ロックなどが含まれます。一方、subprocessモジュールは、生成したプロセスの標準入出力を扱うための機能を提供します。

これらの違いを理解することで、適切なモジュールを選択し、Pythonでの並行処理と外部プログラムの実行を効果的に行うことができます。それぞれのモジュールが提供する機能を理解し、適切に使用することが重要です。これにより、Pythonプログラムのパフォーマンスと効率を最大限に引き出すことができます。

Pythonでのmultiprocessingとsubprocessの使用例

以下に、Pythonのmultiprocessingとsubprocessモジュールの使用例を示します。

multiprocessingの使用例

from multiprocessing import Process

def print_func(continent='Asia'):
    print('The name of continent is : ', continent)

if __name__ == "__main__":  # confirms that the code is under main function
    names = ['America', 'Europe', 'Africa']
    procs = []
    proc = Process(target=print_func)  # instantiating without any argument
    procs.append(proc)
    proc.start()

    # instantiating process with arguments
    for name in names:
        # print(name)
        proc = Process(target=print_func, args=(name,))
        procs.append(proc)
        proc.start()

    # complete the processes
    for proc in procs:
        proc.join()

このコードは、multiprocessingモジュールを使用して複数のプロセスを生成し、それぞれのプロセスで関数print_funcを実行します。

subprocessの使用例

import subprocess

# simple command
print(subprocess.run(['echo', 'Hello from subprocess!']))

# using shell option
print(subprocess.run('ls -l', shell=True))

# getting output
result = subprocess.run(['ls', '-l'], stdout=subprocess.PIPE)
print(result.stdout.decode('utf-8'))

このコードは、subprocessモジュールを使用してシェルコマンドを実行し、その結果を取得します。

これらの例は、multiprocessingとsubprocessモジュールの基本的な使用方法を示しています。これらのモジュールは非常に強力で、より複雑なタスクを実行するための多くの機能を提供しています。これらの機能を理解し、適切に使用することで、Pythonプログラムのパフォーマンスと効率を最大限に引き出すことができます。