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Linux进程池原理与使用技巧

2025-07-01 12:06:20 0浏览收藏

IT行业相对于一般传统行业，发展更新速度更快，一旦停止了学习，很快就会被行业所淘汰。所以我们需要踏踏实实的不断学习，精进自己的技术，尤其是初学者。今天golang学习网给大家整理了《Linux进程池详解与应用技巧》，聊聊，我们一起来看看吧！

前言：

本篇博客所涉及到的代码以同步到本人gitee：进程池· 迟来的grown/linux - 码云 - 开源中国

一、池化技术

在之前的学习中，多多少少都听说过池，例如内存池，线程池等等。

那这些池到底是干什么的呢？池又指的是什么呢？

这种思想就好比在vector动态数组扩容一样，是按照2或者1.5倍进行扩容，这样减少开辟空间的开销从而提高效率。

二、进程池原理

我们也了解了进程间通信——管道，可以实现进程之间的通信技术；那现在我们可不可以利用父进程管理所有的子进程，并且让子进程去完成某些任务呢？

那进程池又是什么东西呢？

池化技术是预先创建资源，通过复用来提升系统性能和资源利用率。

这里子进程要执行任务，如果这里父进程要传输信息给子进程时再去创建进程，子进程执行完任务之后就退出；这势必存储非常多的系统调用，而系统调用也是有成本的。那这里我们就可以预先创建多个子进程，让这些子进程等待父进程传输信息；执行完任务后继续等待父进程传输信息。

这样我们预先创建进程，让这些进程执行任务而不是在要执行任务时再创建进程；并且执行完任务的子进程还可以继续完成下一个任务，这样通过复用进程来通过系统性能和进制资源的利用率。

三、进程池实现

了解了进程池原理，现在来看它应该如何去实现：

首先，我们要预先创建一个进程池，并把它管理起来。其次，父进程要通过传输信息来控制子进程完成不同的任务；父进程就要发送信息，子进程就要接受信息并执行任务最后，进程池能够被创建出来，当然也要能够被释放(销毁)。1. 描述进程池

我们要预先创建一个进程池，并且要将它管理起来；那就要像将这个进程池描述出来；如何描述并管理这个进程池呢？

这里我们要实现的本质还是要进行父子进程间通信，要让父进程发信息来控制子进程；

先描述

那站着父进程的角度：

所以就可以设计一个channel类用来描述一个管道文件；那这个类具有哪些属性呢？

wfd：父进程中写端的文件描述符pid：管道文件对应子进程的pid，后续用来回收子进程代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

class channel{public:    channel(int wfd, int pid)        : _wfd(wfd), _pid(pid)    {    }    ~channel() {}private:    int _wfd;    int _pid;};

再组织

一个父进程它要创建多个管道文件也就是多个子进程，就要将这些子进程管理起来；

所以，这里可以设计一个channel_manage类来讲管道文件channel管理起来。

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class channel_manage{public:    channel_manage()    {    }    ~channel_manage()    {    }private:    std::vector _channels;};

描述进程池

在进程池中，一定是存在上面的组织管道文件channel_manage，因为我们要对其进行管理；

在进程池中还可能存在其他信息：进程负载情况，进程状态等等。

这里就只记录进程的数量。

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class channel_pool{public:    const int NUM = 5; // 进程池中进程数量    channel_pool()        : _processnum(NUM)    {}    ~channel_pool()    {}private:    channel_manage _cm;    int _processnum;};

2. 初始化进程池

描述出了进程池channel_pool，现在我们能够根据这个channel_pool创建出一个进程池对象，但是创建出来的这个进程池对象里面什么是都没有，一个进程都没有。

所以，我们就要对进程池进行初始化：那如何初始化呢？（这里暂定进程池中进程个数为5个）

简单来说初始化进程池时就要将所有的子进程创建出来，那创建完子进程，子进程应该做什么呢，父进程又该做什么呢？

这里创建子进程就是为了让子进程完成某个任务，所以创建子进程之后（记得关闭不用的文件描述符），就让子进程等待父进程发送信息；在子进程接受到信息之后再去完成任务。而创建完子进程之后，父进程关闭不用的文件描述符，然后就要在_cm中新增一个管道文件channel对象。

而channel在channel_manage中，所以channel_manage就要通过新增channel对象的方法。

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//这里只显示新增方法和成员变量class channel_manage{public:    void _insert(int wfd, int pid)    {        _channels.emplace_back(wfd,pid);    }private:    std::vector _channels;};class channel_pool{public:    void work(int rfd){};//任务方法    void _init()    {        for(int i = 0;i<_processnum int fd n="pipe(fd);" if std::cerr failed exit id="fork();" else close _work _cm._insert channel_manage _cm _processnum>

3. 子进程接受信息

完成了上述操作，现在进程池被创建出来，也被初始化了。

这里子进程是直到管道文件的文件描述符的就是fd[0]；所以子进程就要在fd[0]文件描述符对应的管道文件中读取数据，然后根据读取到的数据来执行不同的任务。

那父子之间发送什么样的信息呢？

这里就采用一个整数对应一个任务，让父进程发送一个整数给子进程。

子进程读取数据：

读取数据失败就返回-1；写端退出就返回0；返回值大于0 ：表示读取到的实际字节数。（当读取到的字节数不等于4，就表示不是按照int读取的，就指读取到一个位置信息）。代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

    void work(int rfd)    {        while (true)        {            int massage = 0;            int n = read(rfd, &massage, sizeof(massage));            if (n

4. 父进程发送信息

实现子进程接受信息，现在来看父进程发送信息；如何发送呢？

这里父进程发送信息无非就以下三个问题：

给哪一个进程发送信息？发送什么信息？如何发送信息？

选择一个进程发送信息

发送什么信息？

如何发送信息

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

class channel{public:    bool _send(int taskcode)    {        int n = write(_wfd, &taskcode, sizeof(taskcode));        if (n  _channels;    int _next = 0;};class channel_pool{public:    void send(int taskcode)    {        // 选择一个进程        auto &c = _cm._select();        // 任务码由上层调用决定        // 发送信息        c._send(taskcode);    }private:    channel_manage _cm;    int _processnum;};

到这里，进程池就可以大致的运行起来了，这里简单测试一下

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

//test.cc#include "channelpool.hpp"int main(){    srand((int)time(nullptr));    channel_pool cp;    cp._init();    cp.Print(); // 输出进程池中的所有进程信息    while (1)    {        int taskcode = rand() % 5;        cp.send(taskcode);        std::cout

进程池也是能够正常运行，子进程也能够接受到父进程发送的信息。

5. 回收进程池资源

做完上述的内容，这里的进程池就大致可以运行起来；

但是现在还缺少一个步骤，那就是回收进程池的资源。

如何回收进程池的资源呢？

首先，要关闭父进程中所有的管道文件的文件描述符。其次就是父进程等待子进程退出，回收子进程。

而_wfd文件描述符、_pid子进程pid都封装在channel中；

如何关闭管道文件，如何等待子进程退出，这都要channel来提供。

而我们想要通过进程池对象调用回收函数，那channel_manage也要提供对应的关闭文件和等待子进程退出的函数。

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class channel{public:    void _close()    {        close(_wfd);    }    void _wait()    {        wait(nullptr);    }private:    int _wfd;    int _pid;};class channel_manage{public:    void _close()    {        for (auto &channel : _channels)        {            channel._close();            std::cout  _channels;    int _next = 0;};class channel_pool{public:    void _quit()    {        //关闭所有w端文件        _cm._close();        //回收子进程        _cm._wait();    }private:    channel_manage _cm;    int _processnum;};

这里就发送一次信息然后退出，测试一下：

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//test.cc#include "channelpool.hpp"int main(){    srand((int)time(nullptr));    channel_pool cp;    cp._init();    cp.Print(); // 输出进程池中的所有进程信息    int cnt = 1;    while (cnt--)    {        int taskcode = rand() % 5;        cp.send(taskcode);        std::cout

四、隐藏的问题

在上述的代码中存在一个隐藏的问题：

现在来看如果这样回收进程池资源：

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 class channel{public:    void _close()    {        close(_wfd);    }    void _wait()    {        wait(nullptr);    }private:    int _wfd;    int _pid;};class channel_manage{public:    void _quit()    {        for (auto &channel : _channels)        {            channel._close();            std::cout  _channels;    int _next = 0;};class channel_pool{public:    void _quit()    {        //关闭所有w端文件        _cm._close();        //回收子进程        _cm._wait();    }private:    channel_manage _cm;    int _processnum;};

这样关闭一个写端，等待一个子进程退出。

我们会发现，程序卡到了这里，这是为什么呢？

这样父进程在创建子进程时，这个子进程的文件描述符表中是存储前面创建的管道文件的w端；这样我们调用channel类的_close就只关闭了父进程的w端，在其他进程中还存在管道文件的w端。这样子进程就会阻塞到read出，等待w端关闭，而父进程就等待子进程退出，这样程序就卡在了这样。