前言：
本篇博客所涉及到的代码以同步到本人gitee：进程池· 迟来的grown/linux – 码云 – 开源中国
一、池化技术
在之前的学习中，多多少少都听说过池，例如内存池，线程池等等。
那这些池到底是干什么的呢？池又指的是什么呢？
这种思想就好比在vector动态数组扩容一样，是按照2或者1.5倍进行扩容，这样减少开辟空间的开销从而提高效率。
二、进程池原理
我们也了解了进程间通信——管道，可以实现进程之间的通信技术；那现在我们可不可以利用父进程管理所有的子进程，并且让子进程去完成某些任务呢？
那进程池又是什么东西呢？
池化技术是预先创建资源，通过复用来提升系统性能和资源利用率。
这里子进程要执行任务，如果这里父进程要传输信息给子进程时再去创建进程，子进程执行完任务之后就退出；这势必存储非常多的系统调用，而系统调用也是有成本的。那这里我们就可以预先创建多个子进程，让这些子进程等待父进程传输信息；执行完任务后继续等待父进程传输信息。
这样我们预先创建进程，让这些进程执行任务而不是在要执行任务时再创建进程；并且执行完任务的子进程还可以继续完成下一个任务，这样通过复用进程来通过系统性能和进制资源的利用率。
三、进程池实现
了解了进程池原理，现在来看它应该如何去实现：
首先，我们要预先创建一个进程池，并把它管理起来。其次，父进程要通过传输信息来控制子进程完成不同的任务；父进程就要发送信息，子进程就要接受信息并执行任务最后，进程池能够被创建出来，当然也要能够被释放(销毁)。1. 描述进程池
我们要预先创建一个进程池，并且要将它管理起来；那就要像将这个进程池描述出来；如何描述并管理这个进程池呢？
这里我们要实现的本质还是要进行父子进程间通信，要让父进程发信息来控制子进程；
先描述
那站着父进程的角度：
所以就可以设计一个channel类用来描述一个管道文件；那这个类具有哪些属性呢？
wfd：父进程中写端的文件描述符pid：管道文件对应子进程的pid，后续用来回收子进程代码语言：JavaScript代码运行次数：0运行复制
class channel{public: channel(int wfd, int pid) : _wfd(wfd), _pid(pid) { } ~channel() {}private: int _wfd; int _pid;};
再组织
一个父进程它要创建多个管道文件也就是多个子进程，就要将这些子进程管理起来；
所以，这里可以设计一个channel_manage类来讲管道文件channel管理起来。
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
class channel_manage{public: channel_manage() { } ~channel_manage() { }private: std::vector<channel> _channels;};
描述进程池
在进程池中，一定是存在上面的组织管道文件channel_manage，因为我们要对其进行管理；
在进程池中还可能存在其他信息：进程负载情况，进程状态等等。
这里就只记录进程的数量。
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class channel_pool{public: const int NUM = 5; // 进程池中进程数量 channel_pool() : _processnum(NUM) {} ~channel_pool() {}private: channel_manage _cm; int _processnum;};
2. 初始化进程池
描述出了进程池channel_pool，现在我们能够根据这个channel_pool创建出一个进程池对象，但是创建出来的这个进程池对象里面什么是都没有，一个进程都没有。
所以，我们就要对进程池进行初始化：那如何初始化呢？（这里暂定进程池中进程个数为5个）
简单来说初始化进程池时就要将所有的子进程创建出来，那创建完子进程，子进程应该做什么呢，父进程又该做什么呢？
这里创建子进程就是为了让子进程完成某个任务，所以创建子进程之后（记得关闭不用的文件描述符），就让子进程等待父进程发送信息；在子进程接受到信息之后再去完成任务。而创建完子进程之后，父进程关闭不用的文件描述符，然后就要在_cm中新增一个管道文件channel对象。
而channel在channel_manage中，所以channel_manage就要通过新增channel对象的方法。
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//这里只显示新增方法和成员变量class channel_manage{public: void _insert(int wfd, int pid) { _channels.emplace_back(wfd,pid); }private: std::vector<channel> _channels;};class channel_pool{public: void work(int rfd){};//任务方法 void _init() { for(int i = 0;i<_processnum;i++) { int fd[2]; int n = pipe(fd); if(n < 0) { std::cerr<<"pipe failed"<<std::endl; exit(1); } //创建子进程 int id = fork(); if(id < 0) { std::cerr<<"fork failed"<<std::endl; exit(1); } else if(id == 0) { //child close(fd[1]);//关闭写端 _work(fd[0]);//等到父进程发送信息 close(fd[0]); exit(1); } //parent close(fd[0]); //在_cm中新增channel对象 _cm._insert(fd[1],id); } }private: channel_manage _cm; int _processnum;};
3. 子进程接受信息
完成了上述操作，现在进程池被创建出来，也被初始化了。
这里子进程是直到管道文件的文件描述符的就是fd[0]；所以子进程就要在fd[0]文件描述符对应的管道文件中读取数据，然后根据读取到的数据来执行不同的任务。
那父子之间发送什么样的信息呢？
这里就采用一个整数对应一个任务，让父进程发送一个整数给子进程。
子进程读取数据：
读取数据失败就返回-1；写端退出就返回0；返回值大于0 ：表示读取到的实际字节数。（当读取到的字节数不等于4，就表示不是按照int读取的，就指读取到一个位置信息）。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
void work(int rfd) { while (true) { int massage = 0; int n = read(rfd, &massage, sizeof(massage)); if (n < 0) { std::cerr << "read failed" << std::endl; exit(1); } else if (n == 0) { std::cout << "exit, because write exit" << std::endl; break; } else if (n != 4) { std::cout << "unkonw massage : " << massage << std::endl; } // 读取成功,执行任务 std::cout << "receive massage : " << massage << std::endl; } }
4. 父进程发送信息
实现子进程接受信息，现在来看父进程发送信息；如何发送呢？
这里父进程发送信息无非就以下三个问题：
给哪一个进程发送信息？发送什么信息？如何发送信息？
选择一个进程发送信息
发送什么信息？
如何发送信息
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
class channel{public: bool _send(int taskcode) { int n = write(_wfd, &taskcode, sizeof(taskcode)); if (n < 0) { // 写入失败 std::cerr << "write failed" << std::endl; return false; } // 写入成功 return true; }private: int _wfd; int _pid;};class channel_manage{public: channel &select() { auto &ret = _channels[_next]; _next++; _next %= _channels.size(); return ret; }private: std::vector<channel> _channels; int _next = 0;};class channel_pool{public: void send(int taskcode) { // 选择一个进程 auto &c = _cm._select(); // 任务码由上层调用决定 // 发送信息 c._send(taskcode); }private: channel_manage _cm; int _processnum;};
到这里，进程池就可以大致的运行起来了，这里简单测试一下
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
//test.cc#include "channelpool.hpp"int main(){ srand((int)time(nullptr)); channel_pool cp; cp._init(); cp.Print(); // 输出进程池中的所有进程信息 while (1) { int taskcode = rand() % 5; cp.send(taskcode); std::cout << std::endl; sleep(1); } return 0;}
进程池也是能够正常运行，子进程也能够接受到父进程发送的信息。
5. 回收进程池资源
做完上述的内容，这里的进程池就大致可以运行起来；
但是现在还缺少一个步骤，那就是回收进程池的资源。
如何回收进程池的资源呢？
首先，要关闭父进程中所有的管道文件的文件描述符。其次就是父进程等待子进程退出，回收子进程。
而_wfd文件描述符、_pid子进程pid都封装在channel中；
如何关闭管道文件，如何等待子进程退出，这都要channel来提供。
而我们想要通过进程池对象调用回收函数，那channel_manage也要提供对应的关闭文件和等待子进程退出的函数。
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
class channel{public: void _close() { close(_wfd); } void _wait() { wait(nullptr); }private: int _wfd; int _pid;};class channel_manage{public: void _close() { for (auto &channel : _channels) { channel._close(); std::cout << "关闭管道文件 : " << channel.getname() << std::endl; } } void _wait() { for (auto &channel : _channels) { channel._wait(); std::cout << "等待子进程退出 : " << channel.getname() << std::endl; } }private: std::vector<channel> _channels; int _next = 0;};class channel_pool{public: void _quit() { //关闭所有w端文件 _cm._close(); //回收子进程 _cm._wait(); }private: channel_manage _cm; int _processnum;};
这里就发送一次信息然后退出，测试一下：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
//test.cc#include "channelpool.hpp"int main(){ srand((int)time(nullptr)); channel_pool cp; cp._init(); cp.Print(); // 输出进程池中的所有进程信息 int cnt = 1; while (cnt--) { int taskcode = rand() % 5; cp.send(taskcode); std::cout << std::endl; } cp._quit(); sleep(10); return 0;}
四、隐藏的问题
在上述的代码中存在一个隐藏的问题：
现在来看如果这样回收进程池资源：
代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制
class channel{public: void _close() { close(_wfd); } void _wait() { wait(nullptr); }private: int _wfd; int _pid;};class channel_manage{public: void _quit() { for (auto &channel : _channels) { channel._close(); std::cout << "关闭管道文件 : " << channel.getname() << std::endl; channel._wait(); std::cout << "等待子进程退出 : " << channel.getname() << std::endl; } }private: std::vector<channel> _channels; int _next = 0;};class channel_pool{public: void _quit() { //关闭所有w端文件 _cm._close(); //回收子进程 _cm._wait(); }private: channel_manage _cm; int _processnum;};
这样关闭一个写端，等待一个子进程退出。
我们会发现，程序卡到了这里，这是为什么呢？
这样父进程在创建子进程时，这个子进程的文件描述符表中是存储前面创建的管道文件的w端；这样我们调用channel类的_close就只关闭了父进程的w端，在其他进程中还存在管道文件的w端。这样子进程就会阻塞到read出，等待w端关闭，而父进程就等待子进程退出，这样程序就卡在了这样。
而第一个创建的子进程，文件描述符4指向自己的w端，然后被关闭了。第二个创建的子进程，4指向第一个子进程对应管道文件的w端。第三个创建的子进程，4指向第一个子进程管道文件的w端，5指向第二个子进程对应管道文件的w端。…
这样，在回收进程池的资源时，关闭父进程第一个子进程的w端，此时第二、第三…个子进程的文件描述符中都存在第一个子进程对应管道文件的w端。
解决方法：
在回收进程池资源时，从最后一个被创建的子进程开始回收。 因为一个子进程中只存在比自己创建的早的子进程的w端；所以最后一个被创创建的子进程的w端只有父进程存在。 在创建子进程时，关闭比该子进程创建早的子进程的w端。
对于第一种方法这里就不演示了，来看第二种方法
对于第二种方法可能存在疑问：子进程和父进程是同时执行的，那子进程不会把自己的w段关闭吗？那不就同一个文件描述符关闭2次了吗？
实现第二种方法也很简单，只需在创建子进程之后，让子进程调用一次channel_massage的_close函数即可。
这里就不演示了。
到这里，本篇文章内容就结束了
