半同步/半异步模式中一个主进程处理客户连接，其它子进程处理客户连接的具体逻辑。这里将实现一个线程池用于服务端处理客户连接，服务端一个主进程专门用于处理客户连接请求但是并不accept，而子进程专门用于accept并一直处理这个连接的逻辑。
#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>
class process//子进程类将子进程号和与父进程通信管道描述符封装起来
{
public:
process() : m_pid( -1 ){}
public:
pid_t m_pid;//子进程号初始化为-1
int m_pipefd[2];//与父进程通信用的管道，主要是父进程通知子进程需要处理一个连接
};
template< typename T >
class processpool//线程池类：一个父进程主要用于分发连接给子进程，其余为子进程各自处理一个连接。父子进程许多数据结构相同
{
private:
processpool( int listenfd, int process_number = 8 );//构造函数申明为私有函数，构造函数由create完成
public:
static processpool< T >* create( int listenfd, int process_number = 8 )//线程池为单件模式
{
if( !m_instance )
{
m_instance = new processpool< T >( listenfd, process_number );//listenfd是服务端监听端口，process_number池中线程数
}
return m_instance;//返回线程池实例
}
~processpool()
{
delete [] m_sub_process;//删除子进程
}
void run();//启动线程池
private:
void setup_sig_pipe();//信号管道用于统一事件源
void run_parent();//专用调度进程(这里称为父进程)
void run_child();//工作进程(这里称为子进程)
private:
static const int MAX_PROCESS_NUMBER = 16;//最大子进程数
static const int USER_PER_PROCESS = 65536;//每个工作进程(子进程)处理的最大连接数
static const int MAX_EVENT_NUMBER = 10000;//最大事件数
int m_process_number;//进程池中最大进程数
int m_idx;//每个子进程在池中的编号
int m_epollfd;//epoll事件表描述符
int m_listenfd;//服务端监听端口
int m_stop;//是否停止进程标志
process* m_sub_process;//子进程数组，通过m_idx索引到具体子进程类
static processpool< T >* m_instance;
};
template< typename T >
processpool< T >* processpool< T >::m_instance = NULL;//静态变量内外申明
static int sig_pipefd[2];//信号管道
static int setnonblocking( int fd )//设置描述符fd为非阻塞
{
int old_option = fcntl( fd, F_GETFL );
int new_option = old_option | O_NONBLOCK;
fcntl( fd, F_SETFL, new_option );
return old_option;
}
static void addfd( int epollfd, int fd )//将描述符fd添加到事件表epollfd注册可读事件
{
epoll_event event;
event.data.fd = fd;
event.events = EPOLLIN | EPOLLET;
epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_ADD, fd, &event );
setnonblocking( fd );
}
static void removefd( int epollfd, int fd )//将描述符fd从事件表epollfd从删除
{
epoll_ctl( epollfd, EPOLL_CTL_DEL, fd, 0 );
close( fd );
}
static void sig_handler( int sig )//信号处理函数将信号值发送给进程(统一事件源)
{
int save_errno = errno;
int msg = sig;
send( sig_pipefd[1], ( char* )&msg, 1, 0 );//发送信号值给进程
errno = save_errno;
}
static void addsig( int sig, void( handler )(int), bool restart = true )//信号安装函数
{
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 );
}
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 )//监听端口和池中进程数
{
assert( ( process_number > 0 ) && ( process_number <= MAX_PROCESS_NUMBER ) );
m_sub_process = new process[ process_number ];//进程数组通过m_idx为下标索引到具体子进程
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 );//创建每个子进程和父进程通信的管道，主要用于父进程有新的客户连接需要子进程处理
assert( ret == 0 );
m_sub_process[i].m_pid = fork();//创建子进程
assert( m_sub_process[i].m_pid >= 0 );
if( m_sub_process[i].m_pid > 0 )//父进程
{
close( m_sub_process[i].m_pipefd[1] );
continue;//继续创建子进程
}
else
{
close( m_sub_process[i].m_pipefd[0] );
m_idx = i;//子进程在池中的标号为m_idx，主要通过子进程数组快速索引到子进程类
break;//子进程不用创建进程所以跳出
}
}
}
template< typename T >
void processpool< T >::setup_sig_pipe()//启动信号管道
{
m_epollfd = epoll_create( 5 );
assert( m_epollfd != -1 );
int ret = socketpair( PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, sig_pipefd );//每个进程创建信号管道，这里所有进程都公用sig_pipefd不会有问题？
assert( ret != -1 );
setnonblocking( sig_pipefd[1] );
addfd( m_epollfd, sig_pipefd[0] );//将信号管道添加到事件表用以统一事件源
addsig( SIGCHLD, sig_handler );//添加信号
addsig( SIGTERM, sig_handler );
addsig( SIGINT, sig_handler );
addsig( SIGPIPE, SIG_IGN );
}
template< typename T >
void processpool< T >::run()//进程池启动函数
{
if( m_idx != -1 )//m_idx是子进程在进程池中的编号不为-1表示是子进程
{
run_child();//启动子进程
return;
}
run_parent();//启动父进程
}
template< typename T >
void processpool< T >::run_child()//子进程逻辑
{
setup_sig_pipe();//启动信号管道
int pipefd = m_sub_process[m_idx].m_pipefd[ 1 ];//通过子进程类获取子进程与父进程通信的管道描述符
addfd( m_epollfd, pipefd );
epoll_event events[ MAX_EVENT_NUMBER ];
T* users = new T [ USER_PER_PROCESS ];//模板参数T是任务类型，该子进程能处理的连接数组
assert( users );
int number = 0;
int ret = -1;
while( ! m_stop )
{
number = epoll_wait( m_epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 );//监听事件
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 ) )//父进程有写管道表明有新连接需要该子进程处理
{
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 );//允许客户连接到该子进程
if ( connfd < 0 )
{
printf( "errno is: %d\n", errno );
continue;
}
addfd( m_epollfd, connfd );//将客户连接添加到该子进程的事件表中
users[connfd].init( m_epollfd, connfd, client_address );//任务T中提供的init函数用以初始化客户连接，直接用connfd索引客户对象
}
}
else if( ( sockfd == sig_pipefd[0] ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) )//有注册信号产生
{
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 )//WNOHANG没有孩子直接返回
{
continue;
}
break;
}
case SIGTERM:
case SIGINT:
{
m_stop = true;//子进程终止标志
break;
}
default:
{
break;
}
}
}
}
}
else if( events[i].events & EPOLLIN )//客户端有数据发送到来
{
users[sockfd].process();//调用任务类T的process处理客户数据
}
else
{
continue;
}
}
}
delete [] users;
users = NULL;
close( pipefd );
//close( m_listenfd );//m_listenfd不能由该子进程关闭而是由创建者函数关闭，子进程退出会自动将m_listenfd计数减一
close( m_epollfd );
}
template< typename T >
void processpool< T >::run_parent()//父进程逻辑
{
setup_sig_pipe();//启动信号管道
addfd( m_epollfd, m_listenfd );//监听服务端口
epoll_event events[ MAX_EVENT_NUMBER ];
int sub_process_counter = 0;//子进程计数
int new_conn = 1;
int number = 0;
int ret = -1;
while( ! m_stop )
{
number = epoll_wait( m_epollfd, events, MAX_EVENT_NUMBER, -1 );//监听注册事件
if ( ( number < 0 ) && ( errno != EINTR ) )
{
printf( "epoll failure\n" );
break;
}
for ( int i = 0; i < number; i++ )
{
int sockfd = events[i].data.fd;//获取就绪事件描述符
if( sockfd == m_listenfd )//监听端口可读表明有新的连接请求
{
int i = sub_process_counter;
do//通过round robin算法选取一个子进程处理新连接
{
if( m_sub_process[i].m_pid != -1 )//为达到最大子进程数###1###
{
break;
}
i = (i+1)%m_process_number;
}while( i != sub_process_counter );//
if( m_sub_process[i].m_pid == -1 )
{
m_stop = true;
break;
}
sub_process_counter = (i+1)%m_process_number;//子进程计数加一这是round robin算法
//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 );//通知子进程有新连接需要处理
printf( "send request to child %d\n", i );
//sub_process_counter %= m_process_number;
}
else if( ( sockfd == sig_pipefd[0] ) && ( events[i].events & EPOLLIN ) )//有注册信号
{
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 )
{
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;//这里置为-1是为了在终止所有子进程之前防止有新的客户连接有调用子进程,he ###1###配合使用
}
}
}
m_stop = true;//终止标志
for( int i = 0; i < m_process_number; ++i )
{
if( m_sub_process[i].m_pid != -1 )//还有子进程没有终止则不能终止父进程
{
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 );//m_listenfd不是父进程创建的不能由他关闭
close( m_epollfd );
}
#endif