Vorlesung Skriptsprachen Duale Hochschule Stuttgart Sommersemester Dipl.-Ing. (FH) Volker Schepper

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1 Vorlesung Skriptsprachen Duale Hochschule Stuttgart Sommersemester 2016 Dipl.-Ing. (FH) Volker Schepper

2 Muti-Threading Funktion Programmabläufe mit unterschiedlichen Aufgaben oder verbunden mit längerer Wartezeit z.b. Zugriff auf nicht perfomante Datenträger. Skript / Main-Loop GUI Verarbeitung / Algorithmus IO Zugriffe

3 Muti-Threading Funktion Mit dem Modul >thread< können Funktionen als neue Threads ausgeführt werden. Der weitere Ablauf der Funktion bleibt nebenläufig, auch wenn z.b. eine weitere Funktion aufgerufen wird. Version 2.X import thread Version 3.X import _thread Mit dem Funktionsaufruf >start_new< wird der Thread gestartet. _thread.start_new(inkrement, ()) Optionale Übergabeparameter Funktionsname, welche als neuen Thread ausgeführt werden soll.

4 Multi-Threads import _thread import time var = 0 def inkrement(): print("start function inkrement") global var for i in range(50000): var = var + 1 def dekrement(): print("start function dekrement") global var for i in range(50000): var = var + 1 print("start") _thread.start_new(inkrement, ()) _thread.start_new(dekrement, ()) time.sleep(5) print("ergebnis: ", var) print("ende") thread_race_condition.py

5 Race Condition

6 Race Condition Rechenoperationen bestehen aus: 1. Der Wert aus dem Speicher auslesen 2. Der Wert um 1 erhöhen 3. Der neue Wert wieder in den Speicher ablegen.

7 Look - semaphore Ein Semaphore zeigt an, ob eine Ressource belegt (reserviert) oder frei ist. Sowohl das Reservieren als auch das Freigeben müssen atomare Operationen sein.

8 Look - semaphore import _thread import time var = 0 lock = _thread.allocate_lock() def inkrement(): print("start function inkrement") i = global var while(i!= 0): i-=1 lock.acquire() var = var + 1 lock.release() def dekrement(): print("start function dekrement") i = global var while(i!= 0): i-=1 lock.acquire() var = var - 1 lock.release() print("start") _thread.start_new(inkrement, ()) _thread.start_new(dekrement, ()) time.sleep(5) print("ergebnis: ", var) print("ende") semaphor.py

9 Muti-Threading Class import threading, time class worker_cpuload(threading.thread): def init (self): threading.thread. init (self) print("start") def run(self): pi01 = 0 for i in range(1, ): var01 = i**2 var02 = 1.0 / var01 pi01 = pi01 + var02 print("ende") threads = [] start = time.time() for i in range(6): thread = worker_cpuload() threads += [thread] thread.start() for threads in threads: threads.join() print ("Zeitdauer: %s" % (time.time() - start)) threading_class_liste.py

10 Muti-Threading Class Parallel arbeiten 6 Threads/Worker jedoch ist CPU Leistung nicht voll ausgenutzt (ca. 20%).

11 Multi-Prozessor import multiprocessing, time def worker01(): print("start") pi01 = 0 for i in range(1, ): var01 = i**2 var02 = 1.0 / var01 pi01 = pi01 + var02 print("ende") if name == ' main ': threads = [ ] start = time.time() for i in range(6): p = multiprocessing.process(target=worker01) threads += [p] p.start() for p in threads: p.join() print ("Zeitdauer: %s" % (time.time() - start)) multiprocessing_cpuload.py

12 Multi-Prozessor Auf jedem CPU-Core werden Berechnungen durchgeführt Vorteil deutlichen Geschwindigkeitsgewinn Ausführungsdauer: 24,8 Sekunden (ca. 85% schneller)

13 Multi-Prozessor - Funktionen Die Anzahl an logischen CPU Core ermitteln multiprocessing.cpu_count() Die aktuelle zugewiesene Prozess-ID von dem Betriebssystem import os os.getpid()

14 Grafische Benutzeroberfläche - GUI Eine Grafische Benutzeroberfläche (Abkürzung: GUI) dient zur visuelle Interaktion zwischen dem Benutzer/User und einem Programm. Dadurch können Informationen schneller dem Benutzer aufbereitet werden und die Steuerung des Programms sollte vereinfachtet werden. Unerfahrene Benutzer können so einen schnelleren Zugang zu dem Programm erlangen. Programme mit einer GUI benötigen mehr Rechenleistung und sind generell aufwendiger zu programmieren.

15 Programmierparadigma Kontrollfluss Programmierung Der geplante Ablauf eines Programmes wird durch einen sog. Programmablaufplan oder auch den Kontrollflussgraphen dargestellt. Darin sind alle möglichen Verzweigungen innerhalb des Kontrollflusses verzeichnet. Der tatsächliche Kontrollfluss ist nun die Befehlsfolge während einer Ausführung des Programms.

16 Programmierparadigma Ereignisorientiertes Programmierung Das Programm wird nicht linear durchlaufen, sondern es werden spezielle Ereignisbehandlungsroutinen (event handler) immer dann ausgeführt, wenn ein bestimmtes Ereignis auftritt.

17 Toolkits Unter Toolkit versteht man eine Bibliothek mit eventuellen Hilfsprogrammen, damit eine grafische Benutzeroberfläche erstellt werden kann. Tkinter PyGObjekt PyOt PySide wxpython

18 GUI - TKinter TKinter ist in der Standardbibliothek mit dem Modul tkinter ebthalten. Damit ist es möglich ohne die Installation von Drittanbieterbibliotheken eine GUI in Python zu realisieren. Anwendungsfenster import tkinter fenster = tkinter.tk() fenster.mainloop()

19 TKinter- Button import tkinter def ende(): fe.destroy() print("die Anwendung wurde geschlossen") fe = tkinter.tk() b1 = tkinter.button(fe, text="beenden mit Button 1", command = ende) b1.pack() fe.mainloop() Die Anwendung wurde geschlossen

20 GUI - Button import tkinter def ende(): fe.destroy() fe = tkinter.tk() b2 = tkinter.button(fe) b2["text"] = "Beenden mit Button 2" b2["command"] = ende b2.pack() fe.mainloop()

21 String import tkinter master = tkinter.tk() def clear(): print("clear") e2.delete(0, tkinter.end) tkinter.label(master, text="first Name").grid(row=0) tkinter.label(master, text="last Name").grid(row=1) e1 = tkinter.entry(master) e2 = tkinter.entry(master) e1.insert(0, "Max") e2.insert(0, "Mustermann") print(e1.get()) b1 = tkinter.button(master, text="beenden mit Button 1", command = clear) e1.grid(row=0, column=1) e2.grid(row=1, column=1) b1.grid(row=2, column=1) tkinter.mainloop( ) Max

22 Listbox import tkinter fe = tkinter.tk() def li_com(): lb["text"] = li.get("active") lb = tkinter.label(fe, text = "-") lb.pack() li = tkinter.listbox(fe) li.insert("end", "New York") li.insert("end", "Sydney") li.insert("end", "Los Angeles") li.insert("end", "Shanghai") li.pack() bu = tkinter.button(fe, text = "Auswahl", command = li_com).pack() fe.mainloop()

23 Scale, Schieberegler (vertikal) import tkinter fe = tkinter.tk() scale1 = tkinter.scale(fe, width = 10, length = 150, orient = "horizontal", from_= 0, to=200, resolution = 2) scale1.pack() fe.mainloop() #vertical

24 Mauspostion import tkinter fe = tkinter.tk() def position(e): lb["text"] = "x = " + str(e.x) + " ; y = " + str(e.y) lb = tkinter.label(fe, text = "-") lb.pack() fe.bind("<motion>", position) fe.mainloop()

25 Tastatureingabe import tkinter fe = tkinter.tk() def key(e): lb["text"] = lb["text"] + e.char pass lb = tkinter.label(fe, text = "") lb.pack() fe.bind_all('<key>', key) fe.mainloop()

26 Geometriemanager pack place grid Die Ausrichtung erfolgt nach Seitenkanten. Ist am einfachsten anzuwenden. Ausrichtung wird mit absolute Positionen definiert. Die Ausrichtung erfolgt in Zeilen und Spalten.

27 Geometriemanager pack Ausrichtung nach links B1.pack(side=LEFT) Ausrichtung nach rechts B1.pack(side=RIGHT) Ausrichtung nach oben B1.pack(side=TOP) Ausrichtung nach unten B1.pack(side=BOTTOM)

28 Geometriemanager place import tkinter main= tkinter.tk() b1 = tkinter.button(main, text = "Button 1") b1.place(x=100, y=100) main.mainloop()

29 Geometriemanager grid import tkinter main= tkinter.tk() b1 = tkinter.button(main, text = "Button 1") b1.place(x=100, y=100) main.mainloop()

30 Messagebox import tkinter.messagebox main = tkinter.tk() tkinter.messagebox.showinfo("information","info-box") tkinter.messagebox.showwarning("warnung","dialogfenster zum warnen des Benutzer") tkinter.messagebox.showerror("error","dialogfenster zum Anzeigen eines Fehlers") main.mainloop()

31 Messagebox - Yes or No import tkinter.messagebox main = tkinter.tk() la = tkinter.label(main, text="frage") la.pack() antwort = tkinter.messagebox.askyesno("error","dialogfenster zum Anzeigen eines Fehlers") if antwort == 1: la["text"] = "Die Antwort lautet: JA" else: la["text"] = "Die Antwort lautet: NEIN" main.mainloop() askyesno.py

32 Messagebox Eine Vielzahl von unterschiedlichen Messagebox sind verfügbar. Je nach Hinweisart oder Entscheidungsmöglichkeit des User abhängig. Funktionsname showinfo() showwaring() showerror)() askyesno() askcancel() askretrycancael() Buttons OK OK OK JA, Nein OK, Abbrechen Wiederholen, Abrechen

33 Menü - 1 import tkinter def f_newfile(): print ("Neue Datei") def f_openfile(): pass def f_about(): print ("Demoprogramm Version 1.0") root = tkinter.tk() menu = tkinter.menu(root) root.config(menu=menu) menu1 = tkinter.menu(menu) menu.add_cascade(label="file", menu=menu1)

34 Menü - 2 menu1.add_command(label="neu", command=f_newfile) menu1.add_command(label="öffnen", command=f_openfile) menu1.add_command(label="speichern", command=f_openfile) menu1.add_separator() menu1.add_command(label="exit", command=root.destroy) menu2 = tkinter.menu(menu) menu.add_cascade(label="help", menu=menu2) menu2.add_command(label="about...", command=f_about) tkinter.mainloop() gui-menu.py

35 Netzwerk Schicht 5-7: Anwendungen Protokoll: HTTP; FTP; POP3; Telnet Schicht 4: Transport Layer Protokoll: TCP / UDP Schicht 3: Network Layer Protokoll: IP Schicht 2: Data Link Ethernet Das ISO OSI Referenzmodell gliedert sich in 7 Schichten. Es standardisiert und spezifiziert welche Aufgaben die einzelnen Schichten haben. Schicht 1: Physical Layer Leitung

36 IP- Netzwerk Jeder Rechner besitz eine oder mehrere eindeutige IP Adresse. Jeder Rechner besitz eine interne IP- Adresse ( ). Diese IP-Adresse dient zur internen Kommunikation zwischen Programmen oder Modulen.

37 Port - Netzwerk Sollen Daten zwischen zwei Stellen ausgetauscht werden. Muss die IP-Adresse des Empfängers zwingend bekannt sein, sowie der Port. Wenn mehr als ein Programm Daten vom Netzwerk empfangen möchte, müssen die Daten eindeutig zugeordnet werden. Der Port ermöglicht es, ein bestimmtes Programm anzusprechen. Es können Portnummer zwischen 0 bis vergeben werden. Ab Portnummer kann für eigene Anwendungen verwendet werden. Kleiner Portnummern sind prinzipiell möglich, jedoch muss dort auf eventuelle Konflikte geachtet werden.

38 Netzwerk UDP Client import socket s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_dgram) msg_out = "Hallo Welt" s.sendto(msg_out, (" ", 50007)) s.close() Funktionsaufruf socket erzeugt eine Socket-Instanz. Es werden zwei Parameter (Konstanten) übergeben: AF_INET = IPv4 SOCK_DGRAM = UDP Funktion >sendto< übermittelt die Nutzdaten. Nach den Nutzdaten wird ein Tupel mit der IP-Adresse (String) und Portnummer übergeben.

39 Netzwerk UDP Server import socket PORT = BUFSIZE = 1024 s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_dgram) s.bind(("", PORT)) print ("UDP-Server gestartet...") while 1: data, (client_ip,client_port) = s.recvfrom(bufsize) print ("[%s %s]: %s" % (client_ip,client_port,data)) s.close()

40 (Nicht) blockierende Socket Wird ein Socket erstellt, befindet sich dieser im blockierenden Modus. Das bedeutet, dass der ein Aufruf der Methode recvform eines Socket das komplette Programm blockiert, bis tatsächlich Daten eingegangen sind. Nicht blockierenden Modus s.setblocking(false) Blockierenden Modus s.setblocking(true) Sind Daten im Puffer des Socket werden diese übergeben. Andernfalls wird ein socket.error Exception ausgeben. Der Kontrollfluss wird wieder an das Programm gegeben. Es muss die Exception abgefangen werden.

41 Netzwerk UDP Server - Nicht blockierend import socket PORT = BUFSIZE = 1024 s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_dgram) s.setblocking(false) try: finally: s.bind(("", PORT)) print ("UDP-Server gestartet...") while 1: try: data, (client_ip,client_port) = s.recvfrom(bufsize) print ("[%s %s]: %s" % (client_ip,client_port,data)) except socket.error: pass s.close()

42 Netzwerk TCP Server import socket s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream) s.bind(("", 50010)) s.listen(1) try: while True: komm, addr = s.accept() while True: data = komm.recv(1024) if not data: komm.close() break print ("[%s] %s" % (addr[0], data)) finally: s.close()

43 Netzwerk TCP Client import socket ip = str(raw_input("ip-adresse: ")) s = socket.socket(socket.af_inet, socket.sock_stream) s.connect((" ", 50010)) try: finally: nachricht = "hallo python" s.send(nachricht) s.close()

44 Webserverbasierte Anwendung Common Gateway Interface (CGI) Eine webserverbasierte Anwendung wird mit der sogenannten Common Gateway Interface (CGI) realisiert. Ein Webserver (Apache) ruft das entsprechende Skript auf, welches dynamische eine HTML-Webseite mittels Standardausgabe erstellt. Das erstellte Dokument betrachtet der Endanwender in seinem Webbrowser.

45 Webserverbasierte Anwendung #!C:\Python\python.exe print("<html>") print("<head>") print("<title>homepage zur Darstellung des CGI</title>") print("</head>") print("<body>") print("python ist einfach toll.<br>") print("viele Grüße") print("</body>") print("<html>")

46 Webserverbasierte Anwendung <form method="post" action="/cgi-bin/formular_auswertung.py"> Name: <input type="text" name="anwender"/><br> Passwort : <input type="password" name="passwort"/><br> <input type="submit" name="submit"/><br>

47 Webserverbasierte Anwendung #!C:\Python\python.exe import cgi form=cgi.fieldstorage() username = form["anwender"].value userpsw = form["passwort"].value

48 Webserverbasierte Anwendung Mit den CGI Enviroment Variablen können auf Webserver spezifische Größen zugreifen werden.

49 Webserverbasierte Anwendung Windows Als Entwicklungsumgebung kann z.b. das Programmpaket xampp (Apache & MySQL) für verwendet werden. Linux Am besten die Apache und weitere Programme separat installieren.

50 Webcrawler Auslesen des HTML-Quelltextes einer Webseite. Anschließend kann der HTML-Quelltext weiter analysiert werden und das Analyseergebnis gespeichert. import urllib.request url = urllib.request.urlopen(" li = url.readlines() url.close() for element in li: print(element) webcrawler.py

51 Gruppenarbeit Team/Gruppe sollte aus zwei Personen bestehen. Konzept erstellen Was soll realisiert werden? Wie könnte die technische Umsetzung aussehen? Implementierung / Programmierung Jede Person muss Programmteile erstellen Funktionen / noch besser Module verwenden Vorstellung des (lauffähigen) Skript Soll / Ist Standsanalyse Welche Herausforderungen?

52 Projekte Paspberry Pi - Bierbrauereisteuerung Gärungsprozess mittels Temperatursensor überwachen. Messdaten in eine Datenbank ablegen Mit einem Webinterface auf die Temperaturverläufe zugreifen Spiel - Schiffe versenken 2 Spieler die mittels Koordinatoren die Schiffe vom Gegner aufspüren müssen. Das Spiel wird grafisch über Tkinter visualisiert. Spieler sitzen an jeweils einem einem PC die mittels einem IP-Netzwerk verbunden sind. Kinofilm-Bewertungsplattform Über das Internet können File bewertet werden. Webschnittstelle und Datenbankzugriffe.