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Shell 实现多任务并发

时间:2019-12-27 20:29:44      阅读:117      评论:0      收藏:0      [点我收藏+]

标签:引入   无限   运行   函数   bin   lib   重要   clean   最大   

实现思路

实现一个shell进程库,通过类似于init,run,wait几个简单的命令,就可以迅速实现多进程并发,伪码如下:

process_init # 创建进程
for city in ${cities[*]}
do
cmd="handler $city"
process_run $cmd 
done
process_wait # 等待进程

原理解析

在实现C++线程库的时候,通常会有一个任务队列,线程从队列中取任务并运行。在实现shell进程库的时候,采用了类似原理,通过一个有名管道充当任务队列。严格来说,并不是一个任务队列,而是一个令牌桶。进程从桶中取得令牌后才可以运行,运行结束后将令牌放回桶中。没有取得令牌的进程不能运行。令牌的数目即允许并发的最大进程数。

 技术图片

 

 

 

管道

主要思路:通过mkfifo创建一个有名管道,将管道与一个文件描述符绑定,通过往管道中写数据的方式,控制进程数量。

function _create_pipe()
{
_PROCESS_PIPE_NAME=$(_get_uid)

mkfifo ${_PROCESS_PIPE_NAME}
eval exec "${_PROCESS_PIPE_ID}""<>${_PROCESS_PIPE_NAME}"

for ((i=0; i < $_PROCESS_NUM; i++))
do
echo -ne "\n" 1>&${_PROCESS_PIPE_ID}
done
}

 

exec

exec fd < file #以读方式打开文件,并关联文件描述符fd
exec fd > file #以写方式打开文件,并关联文件描述符fd
exec fd <> file #以读写方式打开文件,并关联文件描述符

 

# 测试
exec 8>file
echo "hello word!" 1>&8

 

eval
为了让程序有一定的扩展性,不想写死fd,因而引入了变量。

file_fd=8
exec ${file_fd}>file

 

# 测试
bash test.sh
test.sh: line 7: exec: 8: not found


原因:shell在重定向操作符(<、>)左边不进行变量展开。因而引入eval命令,强制shell进行变量展开。 
eval exec "${fd}>file"简单的说,eval将右边参数整体作为一个命令,进行变量的替换,然后将替换后的输出结果给shell去执行。

进程关系

命令执行

function process_run()
{
cmd=$1
if [ -z "$cmd" ]; then
echo "please input command to run"
_delete_pipe 
exit 1
fi

_process_get
{
$cmd
_process_post
}&
}

 

_process_get从管道中取得一个令牌,创建一个进程执行任务,任务执行完毕后,通过_process_post将令牌放回管道。

进程创建

chengsun@153_92:~/test> bash process_util.sh
chengsun@153_92:~/test> pstree -a

|`-sshd
|    |-bash
|    |   `-bash process_util.sh         #爷爷
|    |       |-bash process_util.sh     #爸爸
|    |       |   `-a.out                #儿子
|    |       |-bash process_util.sh        
|    |       |   `-a.out                   
|    |       `-bash process_util.sh
|    |           `-a.out

 

脚本运行后,通过pstree命令,得到如上父子进程关系。稍微做一下解释:当运行脚本bash process_util.sh的时候,创建一个shell进程,相当于爷爷被创建起来,而遇到{ command1; command2 } &时,shell 又创建一个子shell进程(爸爸进程)处理命令序列;而对于每一个外部命令,shell都会创建一个子进程运行该命令,即儿子进程被创建。

困惑:为什么处理{ command1; command2; } &需要单独创建子进程? 
按照bash manual说法,{ list }并不会创建一个新的shell来运行命令序列。但由于加入&,代表将命令族放入后台执行,就必须新开subshell,否则shell会阻塞。

进程组

 

chengsun@153_92:~/test> ps -f -e -o pid,ppid,pgid,comm

 PID  PPID  PGID  COMMAND
24904 21976 24904 bash
19885 24904 19885  \_ bash            # 爷爷
19893 19885 19885      \_ bash        # 爸爸
19894 19893 19885      |   \_ a.out   # 儿子
19895 19885 19885      \_ bash
19896 19895 19885      |   \_ a.out
19897 19885 19885      \_ bash
19898 19897 19885          \_ a.out

 

Shell 将运行process_util的一堆进程置于一个进程组中。其中爷爷进程作为该进程组的组长,pid == pgid。

wait
wait pid:阻塞等待某个进程结束; 如果没有指定参数,wait会等待所有子进程结束。

清理函数

允许任务通过CTRL+C方式提前结束,因而需要清理函数

信号

trap 
类似C语言signal函数,为shell脚本注册信号处理函数。trap arg signals,其中signals为注册的信号列表,arg为收到信号后执行某个命令。

 

function Print
{
echo "Hello World!"
}

trap Print SIGKILL

kill 
kill 命令给进程或进程组发送信号;kill pid 给进程发送默认信号SIGTERM, 通知程序终止执行。

 

void sig_handler(int signo)
{
printf("sigterm signal\n");
}

int main()
{
    signal(SIGTERM, sig_handler);
    sleep(100);

return 0;
}
chengsun@153_92:~/test> ./a.out &
[1] 19254
chengsun@153_92:~/test> kill 19254
sigterm signal

 

kill 0:给当前进程组发送默认信号SIGTERM

chengsun@153_92:~/test> man kill
0  All processes in the current process group are signaled.

清理

 

function _clean_up
{
# 清理管道文件
    _delete_pipe

kill 0
kill -9 $$
}

trap _clean_up SIGINT SIGHUP SIGTERM SIGKILL

 

kill -9 $$ 非常重要

 技术图片

 

 

实际上,最上层是爷爷进程,当发送Ctrl + C命令的时候,爷爷进程捕获SIGINT信号,调用_clean_up函数。爷爷进程对整个进程组发送SIGTERM信号,并调用kill -9结束自己。爸爸进程接收SIGTERM信号,同时也发送SIGTERN给整个进程组,如果没有kill -9,爸爸进程始终无法结束,进入无限递归环节。儿子为CPP二进制程序,内部没有捕获SIGTERM,该信号默认动作是结束进程。

使用范例

# file: run.sh
#!/bin/sh

#load process library
source ./process_util.sh

function handler()
{
    city=$1
    ./main ${city}
}

process_init 23
for city in $cities
do
    cmd = "handler $city"
    process_run "$cmd"
done
process_wait

————————————————
版权声明:本文为CSDN博主「spch2008」的原创文章,遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/spch2008/article/details/51433353

Shell 实现多任务并发

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原文地址:https://www.cnblogs.com/cangqinglang/p/12109174.html

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