IT序号网

Shell 实现多任务并发知识解答

luoye 2021年05月25日 程序员 158 0

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。

 

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

 

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


发布评论
IT序号网

微信公众号号:IT虾米 (左侧二维码扫一扫)欢迎添加!

利用linux mutt 发送邮件(在Shell脚本中使用比较方便)知识解答
你是第一个吃螃蟹的人
发表评论

◎欢迎参与讨论,请在这里发表您的看法、交流您的观点。