Linux Shell实现多进程并发执行

在bash中，使用后台任务来实现任务的“多进程化”。在不加控制的模式下，不管有多少任务，全部都后台执行。也就是说，在这种情况下，有多少任务就有多少“进程”在同时执行。我们就先实现第一种情况：

实例一：正常情况脚本

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#!/bin/bash

for ((i=0;i<5;i++));do

{

sleep 1;echo 1>>aa && echo ”done!”

}

done

cat aa|wc -l

rm aa

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这种情况下，程序顺序执行，每个循环3s，共需15s左右。

$ time bash test.sh

done!

done!

done!

done!

done!

5

real    0m15.030s

user    0m0.002s

sys     0m0.003s

实例二：“多进程”实现

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#!/bin/bash

for ((i=0;i<5;i++));do

{

sleep 3;echo 1>>aa && echo ”done!”

} &

done

wait

cat aa|wc -l

rm aa

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这个实例实际上就在上面基础上多加了一个后台执行&符号，此时应该是5个循环任务并发执行，最后需要3s左右时间。

$ time bash test.sh

done!

done!

done!

done!

done!

5

real    0m3.011s

user    0m0.002s

sys     0m0.004s

效果非常明显。

这里需要说明一下wait的左右。wait是等待前面的后台任务全部完成才往下执行，否则程序本身是不会等待的，这样对后面依赖前面任务结果的命令来说就可能出错。例如上面wc 

-l的命令就报错：不存在aa这个文件。

以上所讲的实例都是进程数目不可控制的情况，下面描述如何准确控制并发的进程数目。

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#!/bin/bash

# 2006-7-12, by wwy

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# 此例子说明了一种用wait、read命令模拟多线程的一种技巧

# 此技巧往往用于多主机检查，比如ssh登录、ping等等这种单进程比较慢而不耗费cpu的情况

# 还说明了多线程的控制

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function a_sub { # 此处定义一个函数，作为一个线程(子进程)

sleep 3 # 线程的作用是sleep 3s

}

tmp_fifofile=”/tmp/$.fifo”

mkfifo $tmp_fifofile      # 新建一个fifo类型的文件

exec 6<>$tmp_fifofile      # 将fd6指向fifo类型

rm $tmp_fifofile

thread=15 # 此处定义线程数

for ((i=0;i<$thread;i++));do

echo

done >&6 # 事实上就是在fd6中放置了$thread个回车符

for ((i=0;i<50;i++));do # 50次循环，可以理解为50个主机，或其他

read -u6

# 一个read -u6命令执行一次，就从fd6中减去一个回车符，然后向下执行，

# fd6中没有回车符的时候，就停在这了，从而实现了线程数量控制

{ # 此处子进程开始执行，被放到后台

a_sub && { # 此处可以用来判断子进程的逻辑

echo ”a_sub is finished”

} || {

echo ”sub error”

}

echo >&6 # 当进程结束以后，再向fd6中加上一个回车符，即补上了read -u6减去的那个

} &

done

wait # 等待所有的后台子进程结束

exec 6>&- # 关闭df6

exit 0

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sleep 3s，线程数为15，一共循环50次，所以，此脚本一共的执行时间大约为12秒

即：

15×3=45, 所以 3 x 3s = 9s

(50-45=5)<15, 所以 1 x 3s = 3s

所以 9s + 

3s = 12s

$ time ./multithread.sh >/dev/null

real        0m12.025s

user        0m0.020s

sys         0m0.064s

而当不使用多线程技巧的时候，执行时间为：50 x 3s = 150s。

此程序中的命令 mkfifo tmpfile和linux中的命令 mknod tmpfile p效果相同。

区别是mkfifo为POSIX标准，因此推荐使用它。该命令创建了一个先入先出的管道文件，并为其分配文件标志符6。管道文件是进程之间通信的一种方式，注意这一句很重要

exec 6<>$tmp_fifofile      # 将fd6指向fifo类型

如果没有这句，在向文件$tmp_fifofile或者&6写入数据时，程序会被阻塞，直到有read读出了管道文件中的数据为止。而执行了上面这一句后就可以在程序运行期间不断向fifo类型的文件写入数据而不会阻塞，并且数据会被保存下来以供read程序读出

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http://bbs.51cto.com/thread-1104907-1-1.html

根据我个人的理解， 所谓的多进程 只不过是将多个任务放到后台执行而已，很多人都用到过，所以现在讲的主要是控制，而不是实现。
先看一个小shell：
 

看执行结果：
 

很明显是8s
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这种不占处理器却有很耗时的进程，我们可以通过一种后台运行的方式
来达到节约时间的目的。看如下改进：

 

用“{}”将主执行程序变为一个块，用&放入后台，四次执行全部放入后台后，我们
需要用一个wait指令，等待所有后台进程执行结束，
不然 系统是不会等待的，直接继续执行后续指令，知道整个程序结束。
看结果：

 

可以看到，时间已经大大缩短了！

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以上实验虽然达到了多线程并发的目的，但有一个缺陷，不能控制
运行在后台的进程数。
为了控制进程，我们引入了管道 和文件操作符。
无名管道： 就是我们经常使用的 例如： cat text | grep "abc" 
                   那个“|”就是管道，只不过是无名的，可以直接作为两个进程的数据通道
有名管道： mkfilo  可以创建一个管道文件 ，例如： mkfifo　fifo_file

管道有一个特点，如果管道中没有数据，那么取管道数据的操作就会停滞，直到
管道内进入数据，然后读出后才会终止这一操作，同理，写入管道的操作
如果没有读取操作，这一个动作也会停滞。

 

当我们试图用echo想管道文件中写入数据时，由于没有任何进程在对它做读取操作，所以
它会一直停留在那里等待读取操作，此时我们在另一终端上用cat指令做读取操作

 

你会发现读取操作一旦执行，写入操作就可以顺利完成了，同理，先做读取操作也是一样的：
 


由于没有管道内没有数据，所以读取操作一直滞留在那里等待写入的数据
 

一旦有了写入的数据，读取操作立刻顺利完成

以上实验，看以看到，仅仅一个管道文件似乎很难实现 我们的目的（控制后台线程数），
所以 接下来介绍 文件操作符，这里只做简单的介绍，如果不熟悉的可以自行查阅资料。
系统运行起始，就相应设备自动绑定到了 三个文件操作符   分别为 0 1 2 对应 stdin ，stdout， stderr 。
在  /proc/self/fd 中 可以看到 这三个三个对应文件

 

输出到这三个文件的内容都会显示出来。只是因为显示器作为最常用的输出设备而被绑定。

我们可以exec 指令自行定义、绑定文件操作符
文件操作符一般从3-（n-1）都可以随便使用
此处的n 为 ulimit -n 的定义值得
 



可以看到 我的 n值为1024 ，所以文件操作符只能使用 0-1023，可自行定义的 就只能是 3-1023 了。

直接上代码，然后根据代码分析每行代码的含义：
 


第3行：         接受信号 2 （ctrl +C）做的操作
                      exec 1000>&-和exec 1000<&- 是关闭fd1000的意思
                      我们生成做绑定时 可以用 exec 1000<>testfifo 来实现，但关闭时必须分开来写
                      > 读的绑定，< 标识写的绑定  <> 则标识 对文件描述符 1000的所有操作等同于对管道文件
                      testfifo的操作。

第5-7行：   　 分别为　创建管道文件，文件操作符绑定，删除管道文件
　　　　    　 可能会有疑问，为什么不能直接使用管道文件呢？　
　　　　     　事实上，这并非多此一举，刚才已经说明了管道文件的一个重要特性了，那就是读写必须同时存在
　　　　     　缺少某一种操作，另一种操作就是滞留，而绑定文件操作符　正好解决了这个问题。
　　　　       （至于为什么，我还没研究明白，有知道的　还请告知，谢谢）

第9-12 行：    对文件操作符进行写入操作。 通过一个for循环写入10个空行，这个10就是我们要定义的后台线程数量。
                      为什么写入空行而不是10个字符呢 ？
                       这是因为，管道文件的读取 是以行为单位的。
 


  当我们试图用 read 读取管道中的一个字符时，结果是不成功的，而刚才我们已经证实使用cat是可以读取的。

第17-24行：  这里假定我们有100个任务，我们要实现的时 ，保证后台只有10个进程在同步运行 。
                     read -u1000 的作用是：读取一次管道中的一行，在这儿就是读取一个空行。
                     减少操作附中的一个空行之后，执行一次任务（当然是放到后台执行），需要注意的是，这个任务在后台执行结束以后
                     会向文件操作符中写入一个空行，这就是重点所在，如果我们不在某种情况某种时刻向操作符中写入空行，那么结果就是：
                     在后台放入10个任务之后，由于操作符中没有可读取的空行，导致  read -u1000 这儿 始终停顿。

后边的 就不用解释了，贴下执行结果：


 


每次的停顿中都能看到  只有10个进程在运行
一共耗时50s  
一共100个任务，每次10个 ，每个5s 正好50s

上边的结果图之所以这么有规律，这是因为我们所执行的100个任务耗时都是相同的，
比如，系统将第一批10个任务放入后台的过程所消耗的时间 几乎可以忽略不计，也就是说
这10个任务几乎可以任务是同时运行，当然也就可以认为是同时结束了，而按照刚才的分析，
一个任务结束时就会向文件描述符写入空行，既然是同时结束的，那么肯定是同时写入的空行，
所以下一批任务又几乎同时运行，如此循环下去的。
实际应用时，肯定不是这个样子的，比如，第一个放到后台执行的任务，是最耗时间的，
那他肯定就会是最后一个执行完毕。
所以，实际上来说，只要有一个任务完成，那么下一个任务就可以被放到后台并发执行了。