shell中的多进程【并发】

时间:2021-11-17 11:35:18
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:
shell中的多进程【并发】 

看执行结果:
shell中的多进程【并发】 

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:

shell中的多进程【并发】 

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:

shell中的多进程【并发】 

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。

shell中的多进程【并发】 

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

shell中的多进程【并发】 

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:
shell中的多进程【并发】 


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
shell中的多进程【并发】 

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

shell中的多进程【并发】 

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
shell中的多进程【并发】 



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:
shell中的多进程【并发】 


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。
shell中的多进程【并发】 


  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:


shell中的多进程【并发】 


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。