linux下多进程开发详解

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一、多进程经典开发模型

多进程的最经典的开发场景就是Nginx，这是因为多进程很适合做负载均衡，进程能够申请资源，而线程更多的则是资源共享。

二、实践多进程程序

分为前台和后台
运行效果如下：

• 先运行前台程序，前台程序会直接通过execl调用后台程序。
  

整体结构

在结构中对前台以及后台的划分：

如何形成一个逻辑的闭环

在这里需要完成三个同步：1、开始进入消息队列发送接收之前的同步；2、对消息队列的发送与接收进行同步（这里系统调用的方法已经实现了同步）；3、对消息队列接收之后的同步，这时候需要对命令处理之后信息进行输出，在后台处理，在前台输出；

消息队列前后的同步

解释图中×的意义以及为何去除

因为之前想的是还要实现消息队列的同步，所以是想把发送以及接收放在同步之前，或者将接收的部分放在同步之后，其实这会导致下一个命令到来的问题，所以这才有图上的×，表示这个顺序是错误的。

现在的实现思路

但是由于消息队列已经是同步的了，所以只需要实现消息队列之前和之后的同步；
如何在消息队列前后实现同步以及同步的意义？

• 首先确定的是消息队列已经实现同步功能，那么只需要保证两个进程的前后顺序就行
• 所以：
  • 消息队列之前要保证同步；
  • 消息队列之后要保证同步；

消息队列之前的同步：
通过建立有名管道实现同步，并管理内实现清零而已，保证之前是清零，因为这里实现了循环了，所以要保证每一个循环都是空的，然后再往里面写内容，同理消息队列之后的同步也是需要先做清零的
消息队列之后的同步：将结果输出，这里考虑到循环的问题，因为这也是共同的资源，所以也需要进行同步，所以同样通过有名管道将输出信息写进管道并进行读取；

前台分析

在这里实现两大组合：fork+execl+waitpid和fork+prctl(PR_SET_PDEATHSIG, SIGKILL)

1. fork+execl+waitpid：waitpid让子进程不会进入僵尸状态，能够在父进程结束的时候，子进程也能够被结束
   • fork从父进程分支出一个新的进程，而execl将想要执行的进程覆盖掉fork的子进程，这样的好处就是，之后能够用父进程与子进程之间的管理方式，而waitpid就是指的管理方式，等待子进程结束，防止僵尸进程的出现。
2. fork+prctl(PR_SET_PDEATHSIG, SIGKILL)在父进程退出来的时候，能够保证子进程也能够退出来；
   对孤儿进程和僵尸进程的分析：
3. 孤儿进程——父进程退出了，但是子进程还在并没有结束，所以最终被迫被公共的init进程(进程号PID = 1)回收；
4. 僵尸进程——子进程退出了，但是正常情况应该是要发送sigCHID信号，通知父进程进行回收资源，尤其是进程号，但是没有发送信号就会产生僵尸进程；

在waitpid的时候需要结合进程的三种状态进行判断：

进程的这三种状态也可以类比理发店排队的情景：

如何同步

使用一个同步管道来维护前后台程序间的同步

• 有名管道有个特性是没写完不能读，没读完不能写，所以管道的双方就能够保证是同步的了；
  那么如果是前后台的数据同步就可以利用两个命名管道来进行实现，如下所示：
• 这里最终的需求是要消息队列的发送同步了。
  前台程序的同步代码为：

writeSynPipe();                      //写同步管道
sendMessage(msg, queId);            //发送消息
readResPipe();                       //读结果管道并打印  
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后台程序的同步代码为：

readSynPipe();                       //读同步管道
if(readMessage(queId, &m) == -1) {
      continue;                       //继续尝试
}
execCommand(m.text, resCommand);    //执行命令
writeResPipe(resCommand);            //将结果写入管道
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其中synPipe是同步管道，resPipe是保存命令执行结果的管道。

后台分析

与前台一样，首先通过消息队列进行同步，然后通过有名管道在消息队列前后进行同步

//核心代码
writePipe();
// 6.对消息队列发送消息，将转换后的指令发到消息队列中去
sendMessage(msg, queId);
// 7.读结果管道并进行打印
readPipe();//这里又重新创建管道了
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关键运行指令的函数以及发送信息的结构进行分析

convertCommand(pid, str, &msg);——前台将dir这样的windowns的指令转换linux下的指令ls
后台执行cmd指令并执行之后的结果void execCommand(const char *cmd, vector &res)
这里单独写了一个demo进行示例理解：

//执行shell指令,并将结果输出到字符串中
int myexec(const char *cmd, string &resvec)
{
    resvec.clear();
    FILE *pp = popen(cmd, "r"); //建立管道
    if (!pp)
    {
        return -1;
    }
    char tmp[1024]; //设置一个合适的长度，以存储每一行输出
    while (fgets(tmp, sizeof(tmp), pp) != NULL)
    {
        if (tmp[strlen(tmp) - 1] == '\n')
        {
            tmp[strlen(tmp) - 1] = '\0'; //去除换行符
        }
        resvec.append(tmp);
    }
    pclose(pp); //关闭管道
    return resvec.size();
}
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将ls进行执行，第一次结果

第二次结果：

可以看出pp就是命令行执行的结果，并能够通过一步步遍历获得输出结果
因为这里open里面的属性是r，表示对应到表述命令行里的标准输出，输入到返回的文件指针指向中去。以下是popen的详细理解说明

FILE * popen ( const char * command , const char * type );
int pclose ( FILE * stream );
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1. type 参数： 是 “r” 则文件指针连接到 command 的标准输出；如果 type 是 “w” 则文件指针连接到 command 的标准输入。
2. command 参数：是一个指向以 NULL 结束的 shell 命令字符串的指针。shell 将执行这个命令。
3. 返回的是标准IO流

头文件对应作用

#include

• 包含了一些基本的数据类型
• key_t表示进程的关键字，能够区别同一程序的不同进程
  #include
• sys/ipc.h是一种通讯格式，可在2个（多数情况下）或多个进程间传递信息
• 匿名管道以及命名管道/消息队列都是需要这个头文件的
  #include
• 定义了消息队列相关
• 消息队列中发送以及接收消息
  == #include==
• 定义了使用wait相关的定义
• waitpid使指定进程堵塞
  #include
• 给进程或者线程重命名或者其他操作，基本的进程管理函数
• 实现在进程退出来的时候
• 我有一个分叉到子进程的进程。如果父进程存在，子进程不应该存在。所以，我在子进程中调用:: prctl（PR_SET_PDEATHSIG，SIGKILL）来杀死父进程。最后发生的是父线程调用pthread_exit，并且该线程最终成为杀死子进程的催化剂。在父线程退出时调用prctl（PR_SET_PDEATHSIG，SIGNAL），而不是父进程退出
  #include
• 文件状态头文件还有一些常量
• mkfifo 创建一个名为 PATH 的新 FIFO，具有权限位 MODE
• umask（给文件管理权限赋予到最大值）
  #include
• cntl.h，是unix标准中通用的头文件，其中包含的相关函数有 open，fcntl，shutdown，unlink，fclose等！
• extern声明变量在其他地方，所以有时候比如unlink就在其他文件中，但是最终指向是
  #include
• unistd.h 中所定义的接口通常都是大量针对系统调用的封装（英语：wrapper functions），如 fork、pipe 以及各种 I/O 原语（read、write、close 等等）。
  #include
• errno.h 是C语言C标准函式库里的标头档，定义了通过错误码来回报错误资讯的宏。