【Linux】进程池

进程池

进程池的概念：

定义一个池子，在里面放上固定数量的进程，有需求来了，就拿一个池中的进程来处理任务，等到处理完毕，进程并不关闭，直接将进程再放回进程池中继续等待任务；

如果有很多任务需要执行，池中的进程数量不够，任务就要等待之前的进程执行任务完毕归来，拿到空闲进程才能继续执行。也就是说，进池中进程的数量是固定的，那么同一时间最多有固定数量的进程在运行；这样不会增加操作系统的调度难度，还节省了开关进程的时间，也一定程度上能够实现并发效果。

看下图，父进程和子进程之间可以通过管道来交互；

如果管道中没有数据，则worker进程就阻塞等待；master向哪个管道写入就唤醒哪一个子进程来处理任务；

手搓进程池：

1、创建信道和子进程

我们用一个类来录父进程读写端的fd和子进程的id,用vector来存储；

先来创建一个管道（pipe）
管道创建成功后，再创建子进程(fork)
关闭不需要的fd
将信息存储到vector中

可以将上述代码封装到一个函数中，这样比较好看

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <unistd.h>
using namespace std;

class channel
{
public:
    channel(int wfd, pid_t id, const string &name) : _wfd(wfd), childid(id), _name(name)
    {
    }
    ~channel()
    {
    }
    int getwfd() { return _wfd; }
    pid_t getid() { return childid; }
    string getname() { return _name; }

private:
    int _wfd;
    pid_t childid;
    string _name;
};

void work(int rfd)
{
}

void create(vector<channel> &channels, int num)
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        int pipfd[2] = {0};
        int n = pipe(pipfd);
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            // child --read
            close(pipfd[1]);
            work(pipfd[0]);
            close(pipfd[0]);
            exit(0);
        }
        // father --write
        close(pipfd[0]);
        string name = "channel-" + to_string(i);
        channels.push_back(channel(pipfd[1], id, name));
        close(pipfd[1]);
    }

}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        cerr << "processnum???" << endl;
        return 1;
    }
    int num = stoi(argv[1]);
    // 1、创建子进程和信道
    vector<channel> channels;
    create(channels, num);

    for (auto channel : channels)
    {
        cout << channel.getid() << " " << channel.getwfd() << " " << channel.getname() << endl;
    }
    
}

运行结果：

2、通过channel控制子进程

信道建立好后，下面就是接收主进程给我们的任务就可以了，可是子进程如何接收和识别任务呢？

这里我们可以开一个hpp文件来模拟我们的任务：

.hpp文件是允许声明和实现写到一起的；

在这个文件中使用函数指针类型来初始化，并且有随机选择任务的函数，执行任务的函数；

#pragma once

#include <iostream>
#include <ctime>
#include <stdlib.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
using namespace std;

#define NUM 3
typedef void (*task_t)();

task_t tasks[NUM];

// 创建任务
void Print()
{
    cout << "I am Print Task" << endl;
}
void Flush()
{
    cout << "I am Flush Task" << endl;
}
void Download()
{
    cout << "I am Download Task" << endl;
}

// 初始化
void Loadtask()
{
    srand(time(nullptr) ^ getpid());
    tasks[0] = Print;
    tasks[1] = Download;
    tasks[2] = Flush;
}

void Excutetask(int num)
{
    if (num < 0 || num > 2)
        return;
    tasks[num]();
}

int selecttask()
{
    return rand()%NUM;
}

完成.hpp文件后，在我们的.cpp文件中添加对应的头文件；

随机选择一个任务
选择信道和进程
发送任务----父进程完成write操作，子进程完成read操作

运行结果：

3、回收管道和子进程

关闭所有w端
wait，回收子进程

完整代码：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <unistd.h>
#include "test.hpp"
#include <sys/types.h>
#include <sys/wait.h>
using namespace std;

class channel
{
public:
    channel(int wfd, pid_t id,const string &name) : _wfd(wfd), childid(id), _name(name)
    {
    }
    ~channel()
    {
    }
    int getwfd() { return _wfd; }
    pid_t getid() { return childid; }
    string getname() { return _name; }

    void closechannel()
    {
        close(_wfd);
    }
    void wait()
    {
        pid_t rid =waitpid(childid,nullptr,0);
        if(rid>0)
        {
            cout<<"wair sucess"<<endl;
        }
    }

private:
    int _wfd;
    pid_t childid;
    string _name;
};

void work(int rfd)
{
    while (true)
    {
        int command = 0;
        int n = read(rfd, &command, sizeof(command));
        if (n == sizeof(int))
        {
            Excutetask(command);
        }
    }
}

void create(vector<channel> &channels, int num)
{
    for (int i = 0; i < num; i++)
    {
        int pipfd[2] = {0};
        int n = pipe(pipfd);
        pid_t id = fork();
        if (id == 0)
        {
            // child --read
            close(pipfd[1]);
            work(pipfd[0]);
            close(pipfd[0]);
            exit(0);
        }
        // father --write
        close(pipfd[0]);
        string name = "channel-";
        name += to_string(i);
        channels.push_back(channel(pipfd[1], id, name));
    }
}

int selectchannel(int num)
{
    static int index = 0;
    int next = index;
    index++;
    index %=num;
    return next;
}
void send(int selectnum, int channel_index, vector<channel> &channels)
{
    write(channels[channel_index].getwfd(), &selectnum, sizeof(selectnum));
}

void controlonce(vector<channel> &channels)
{
    // 2.1、选一个任务
    int selectnum = selecttask();
    // 2.2、选一个信道和进程
    int channel_index = selectchannel(channels.size());
    // 2.3、发送---父进程w，子进程r
    send(selectnum, channel_index, channels);
    cout << "信息发送成功" << endl;
}
void control(vector<channel> &channels, int times = -1)
{
    if (times > 0)
    {
       while(times--)
       {
         controlonce(channels);
       }
    }
    else
    {
        while (true)
        {
            controlonce(channels);
        }
    }
}

void clean(vector<channel> &channels)
{
    for(auto channel:channels)
    {
        channel.closechannel();
    }
    for(auto channel:channels)
    {
        channel.wait();
    }
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
    {
        cerr << "processnum???" << endl;
        return 1;
    }
    int num = stoi(argv[1]);
    Loadtask();
    // 1、创建子进程和信道
    vector<channel> channels;
    create(channels, num);
    // for (auto channel : channels)
    // {
    //     cout << channel.getid() << " " << channel.getwfd() << " " << channel.getname() << endl;
    // }
    // 2、通过channel控制子进程
    control(channels, 10);

   //3、回收管道和子进程
   clean(channels);
}

以上就是进程池的知识点，希望有所帮助！！！