半同步/半异步并发模式进程池实现
来源：互联网 发布：外交 知乎 编辑：程序博客网 时间：2024/04/30 03:02
半同步/半异步并发模式：父进程监听到新的客户端连接请求后，以通信管道通知进程池中的某一子进程：“嘿，有新的客户连接来了，你去accept，然后处理下！”，从而避免在进程间传递文件描述符。这种模式中，一个客户连接上的所有任务始终有同一个进程来处理。
具体细节，尽在代码中：
#ifndef PROCESSPOOL_H#define PROCESSPOOL_H#include <sys/types.h>#include <sys/socket.h>#include <netinet/in.h>#include <arpa/inet.h>#include <assert.h>#include <stdio.h>#include <unistd.h>#include <errno.h>#include <string.h>#include <fcntl.h>#include <stdlib.h>#include <sys/epoll.h>#include <signal.h>#include <sys/wait.h>#include <sys/stat.h>//描述一个子进程的类class process{public: process() : m_pid( -1 ){}public: pid_t m_pid; //子进程pid int m_pipefd[2];//子进程与父进程通信管道（父进程通过管道通知选定的子进程：“有新的连接到来，你去accept"）};//进程池类：将需要处理的逻辑任务封装为任务类，作为模板参数，以提高代码复用template< typename T >class processpool{private://构造函数，creat函数调用 processpool( int listenfd, int process_number = 8 );public://给定服务器监听的socket，和进程数，创建子进程。（注：单例模式）。 为静态函数，因此可以直接以类名调用 static processpool< T >* create( int listenfd, int process_number = 8 ) { if( !m_instance )//确保只创建唯一的一个进程池实例 { m_instance = new processpool< T >( listenfd, process_number ); } return m_instance; } ~processpool() { delete [] m_sub_process; } void run(); //启动进程池，在其中根据当前进程的标号来区分为父进程或子进程，并分别调用其run_***函数来处理逻辑任务private: void setup_sig_pipe(); void run_parent(); //父进程的逻辑任务处理函数：监听listen socket，并通知工作进程 void run_child(); //子进程的任务逻辑处理函数：接受连接socket，完成客户任务请求private: static const int MAX_PROCESS_NUMBER = 16; //进程池允许的最大进程数量 static const int USER_PER_PROCESS = 65536; //每个子进程处理的最大的客户任务数量 static const int MAX_EVENT_NUMBER = 10000; // epoll能处理的最大事件数量 int m_process_number; //进程池中的进程数量 int m_idx; //子进程在池中的编号，从0开始 int m_epollfd; //指向poll内核事件表的文件描述符：每个进程都独立创建一个epoll内核事件表项 int m_listenfd; //监听socket：父进程与所有子进程的监听socket文件描述符指向内核中的同一文件表项 int m_stop; //子进程是否要停止运行 process* m_sub_process; //保存所有子进程的数组 static processpool< T >* m_instance; //进程池静态实例：标识全局唯一的进程池};template< typename T >processpool< T >* processpool< T >::m_instance = NULL;//初始化静态成员static int sig_pipefd[2];//用于处理信号的管道，以实现统一事件源//将文件描述符设为非阻塞static int setnonblocking( int fd ){ int old_option = fcntl( fd, F_GETFL ); int new_option = old_option | O_NONBLOCK; fcntl( fd, F_SETFL, new_option ); return old_option;}//向epoll内核时间表注册事件static void addfd( int epollfd, int fd ){ epoll_event event; event.data.fd = fd; event.events = EPOLLIN | EPOLLET; epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event ); setnonblocking( fd );//”只有当事件就绪时，非阻塞才是高校的“}//删除fd上的注册事件static void removefd( int epollfd, int fd ){ epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, 0 ); close( fd );}//消息处理函数，实现事件统一处理：只是往号管道写端写入信号消息，具体信号处理逻辑在while循环中统一处理。// 减短信号处理函数执行时间，从而确保信号不被屏蔽（信号在处理期间，系统不会再次出发该信号）static void sig_handler( int sig ){ int save_errno = errno; int msg = sig; send( sig_pipefd[1], ( char* )&msg, 1, 0 ); errno = save_errno;}static void addsig( int sig, void( handler )(int), bool restart = true ){ struct sigaction sa; memset( &sa, '\0', sizeof( sa ) ); sa.sa_handler = handler; if( restart ) { sa.sa_flags |= SA_RESTART; } sigfillset( &sa.sa_mask ); assert( sigaction( sig, &sa, NULL ) != -1 );}//进程池构造函数template< typename T >processpool< T >::processpool( int listenfd, int process_number ) : m_listenfd( listenfd ), m_process_number( process_number ), m_idx( -1 ), m_stop( false ){ assert( ( process_number > 0 ) && ( process_number <= MAX_PROCESS_NUMBER ) ); m_sub_process = new process[ process_number ]; assert( m_sub_process ); for( int i = 0; i < process_number; ++i ) { int ret = socketpair( PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, m_sub_process[i].m_pipefd ); assert( ret == 0 ); m_sub_process[i].m_pid = fork(); assert( m_sub_process[i].m_pid >= 0 ); if( m_sub_process[i].m_pid > 0 )//为父进程 { close( m_sub_process[i].m_pipefd[1] ); continue;//父进程继续创建好所有的子进程后，才退出该函数 } else { close( m_sub_process[i].m_pipefd[0] );//子进程 m_idx = i;//初始化子进程在进程池中的编号（最小为0，而父进程标号为-1） break;//子进程一旦创建好，就退出该函数，进入逻辑任务处理（pool->run） } }}//信号管道设置函数template< typename T >void processpool< T >::setup_sig_pipe(){ m_epollfd = epoll_create( 5 ); assert( m_epollfd != -1 ); int ret = socketpair( PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sig_pipefd ); assert( ret != -1 ); setnonblocking( sig_pipefd[1] );//信号处理函数向写端写入消息 addfd( m_epollfd, sig_pipefd[0] );//在while中监听读端 addsig( SIGCHLD, sig_handler );//子进程退出会暂停 addsig( SIGTERM, sig_handler );//终止进程，kill函数默认即发送该信号 addsig( SIGINT, sig_handler );//键盘输入以终止该进程ctrl+C addsig( SIGPIPE, SIG_IGN );//忽略往管道读端被关闭的管道写数据的信号}//进程池启动函数template< typename T >void processpool< T >::run(){ if( m_idx != -1 ) { run_child();//子进程 return;//子进程退出后，记得return } run_parent();//父进程}//子进程逻辑函数template< typename T >void processpool< T >::run_child(){ setup_sig_pipe(); int pipefd = m_sub_process[m_idx].m_pipefd[ 1 ];//与父进程的通信管道 addfd( m_epollfd, pipefd ); epoll_event events[ MAX_EVENT_NUMBER ]; T* users = new T [ USER_PER_PROCESS ]; //一次性创建所有的客户端任务对象数组（也用到池的思想，当某个客户任务处理完后，不用释放该对象资源，而是放回池中再利用） assert( users ); int number = 0; int ret = -1; //监听信号管道、通信管道、连接socket，处理逻辑任务 while( ! m_stop ) { number = epoll_wait( m_epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 ); if ( ( number < 0 ) && ( errno != EINTR ) ) { printf( "epoll failure\n" ); break; } for ( int i = 0; i < number; i++ ) { int sockfd = events[i].data.fd; if( ( sockfd == pipefd ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) ) //为父进程的通信事件 { int client = 0; ret = recv( sockfd, ( char* )&client, sizeof( client ), 0 ); if( ( ( ret < 0 ) && ( errno != EAGAIN ) ) || ret == 0 ) { continue; } else { struct sockaddr_in client_address; socklen_t client_addrlength = sizeof( client_address ); int connfd = accept( m_listenfd, ( struct sockaddr* )&client_address, &client_addrlength ); if ( connfd < 0 ) { printf( "errno is: %d\n", errno ); continue; } addfd( m_epollfd, connfd ); users[connfd].init( m_epollfd, connfd, client_address ); } } else if( ( sockfd == sig_pipefd[0] ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) )//为信号管道事件 { int sig; char signals[1024]; ret = recv( sig_pipefd[0], signals, sizeof( signals ), 0 ); if( ret <= 0 ) { continue; } else { for( int i = 0; i < ret; ++i ) { switch( signals[i] ) { case SIGCHLD: { pid_t pid; int stat; while ( ( pid = waitpid( -1, &stat, WNOHANG ) ) > 0 ) { continue; } break; } case SIGTERM: case SIGINT: { m_stop = true; break; } default: { break; } } } } } else if( events[i].events & EPOLLIN ) //为连接socket事件 { users[sockfd].process();//客户任务对象的逻辑处理函数 } else { continue; } } } delete [] users; users = NULL; close( pipefd );//关闭与父进程的通信管道的读端 //close( m_listenfd );//”对象由那个函数创建，就由那个函数销毁“ close( m_epollfd );}//父进程逻辑函数template< typename T >void processpool< T >::run_parent(){ setup_sig_pipe(); addfd( m_epollfd, m_listenfd ); epoll_event events[ MAX_EVENT_NUMBER ]; int sub_process_counter = 0; int new_conn = 1; int number = 0; int ret = -1; //监听listen socket、和信号管道 while( ! m_stop ) { number = epoll_wait( m_epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 ); if ( ( number < 0 ) && ( errno != EINTR ) ) { printf( "epoll failure\n" ); break; } for ( int i = 0; i < number; i++ ) { int sockfd = events[i].data.fd; if( sockfd == m_listenfd ) //监听到新连接到来，论选出一个子进程，通知该子进程”嘿，有新的连接到了，你接受下！“ { int i = sub_process_counter; do { if( m_sub_process[i].m_pid != -1 ) { break; } i = (i+1)%m_process_number; } while( i != sub_process_counter ); if( m_sub_process[i].m_pid == -1 )//所有子进程都都已经推出 { m_stop = true; break; } sub_process_counter = (i+1)%m_process_number; //send( m_sub_process[sub_process_counter++].m_pipefd[0], ( char* )&new_conn, sizeof( new_conn ), 0 ); send( m_sub_process[i].m_pipefd[0], ( char* )&new_conn, sizeof( new_conn ), 0 );//通知子进程 printf( "send request to child %d\n", i ); //sub_process_counter %= m_process_number; } else if( ( sockfd == sig_pipefd[0] ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) ) { int sig; char signals[1024]; ret = recv( sig_pipefd[0], signals, sizeof( signals ), 0 ); if( ret <= 0 ) { continue; } else { for( int i = 0; i < ret; ++i ) { switch( signals[i] ) { case SIGCHLD://子进程退出信号 { pid_t pid; int stat; while ( ( pid = waitpid( -1, &stat, WNOHANG ) ) > 0 ) { for( int i = 0; i < m_process_number; ++i ) { if( m_sub_process[i].m_pid == pid ) { printf( "child %d join\n", i ); close( m_sub_process[i].m_pipefd[0] ); m_sub_process[i].m_pid = -1; //设置已经推出的子进程的PID为-1 } } } m_stop = true; for( int i = 0; i < m_process_number; ++i ) { if( m_sub_process[i].m_pid != -1 ) //只要还有一个子进程没有退出，则父进程继续 { m_stop = false; } } break; } case SIGTERM: case SIGINT: { printf( "kill all the clild now\n" ); for( int i = 0; i < m_process_number; ++i ) { int pid = m_sub_process[i].m_pid; if( pid != -1 ) { kill( pid, SIGTERM ); } } break; } default: { break; } } } } } else { continue; } } } //close( m_listenfd ); close( m_epollfd );}#endif 0 0
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