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2015年(11)

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2015-06-18 15:11:30

原文地址:Perl多进程实战之一 作者:sangyb86

   perl作为一种解释性的语言,很受广大系统管理员的欢迎,好处么就不多说了,坏处也有不少,例如对线程的支持,就一直不咋地,所以大多数情况下,我们都需要多个进程,来帮助我们完成工作,闲话少说,上代码。
 
#!/usr/bin/perl
# test_proc.pl
# test multi process
# create by lianming: 2009-08-12
 
use strict;
use warnings;
 
## == fork a new process ==
my $pid = fork();
 
if (!defined($pid)) {
    print "Error in fork: $!";
    exit 1;
}
 
if ($pid == 0) {
 
    ## == child proc ==
    print "Child: My pid = $$\n";
    sleep(5);
    print "Child: end\n";
    exit 0;
} else {
 
    ## == parent proc ==
    print "Parent My pid = $$, and my child's pid = $pid\n";
    sleep(5);
    print "Parent: end\n";
}
 
exit 0;
 
    执行结果如下:
 
Child: My pid = 19481
Parent My pid = 19480, and my child's pid = 19481
(5秒钟等待)
Child: end
Parent: end
 
    父进程派生子进程,之需要一条命令,那就是fork,fork函数的返回值赋给一个变量,上例中赋给了"$pid",接下来,就要根据$pid值的不同,来分三种情况了。
    1、fork失败的情况:这个时候,$pid处于未定义的状态,上例中做的一个"if (!defined($pid))"的判断,如果为真,说明$pid未定义,fork失败,这个时候就要打印错误信息,并且退出。
    2、子进程:如果是子进程,那么$pid的值为0,就是上例中"if ($pid == 0)"条件为真的状况,在"$pid == 0"的时候,那就都是子进程了,上例中,子进程将自己的pid打出来,为19481。
    3、父进程:如果是父进程,那么$pid的值为它派生出的子进程的pid,也就是不为0,就是else的情况,上例中把$pid打出来,可以看到,也是19481,就是子进程的pid值。
 
    这只是一个最简单的例子,一个父进程派生一个子进程,再稍微复杂一点,一个父进程派生多个子进程,代码如下:
 
#!/usr/bin/perl
# test_proc_1.pl
# test multi process
# create by lianming: 2009-08-12
 
use strict;
use warnings;
 

for (my $i = 0; $i < 10; $i ++) {
    ## == fork a new process ==
    my $pid = fork();
 
    if (!defined($pid)) {
        print "Error in fork: $!";
        exit 1;
    }
 
    if ($pid == 0) {
 
        ## == child proc ==
        print "Child $i : My pid = $$\n";
        sleep(5);
        print "Child $i : end\n";
        exit 0;
    }
    sleep(1);
}
 
exit 0;
 
    这个例子就是,父进程执行一个循环,每次循环都fork一个子进程,子进程执行完以后退出,每次循环都等待1s,循环10次。
    执行结果如下:
 
Child 0 : My pid = 20499
Child 1 : My pid = 20500
Child 2 : My pid = 20501
Child 3 : My pid = 20502
Child 4 : My pid = 20503
Child 0 : end
Child 5 : My pid = 20506
Child 1 : end
Child 6 : My pid = 20507
Child 2 : end
Child 7 : My pid = 20508
Child 3 : end
Child 8 : My pid = 20509
Child 4 : end
Child 9 : My pid = 20510
Child 5 : end
 
[root@localhost /tmp]
# Child 6 : end
Child 7 : end
Child 8 : end
Child 9 : end
 
    每个子进程耗时5s,那么执行完总共需要的是15s。
    但是,这样的代码会导致一个问题,在执行的过程中,可以在另外的tty上输入ps auxf来查看当前的进程状态,会发现类似这样的东东:
 
root     20531  0.0  0.0  8460 1704 pts/2    S+   21:46   0:00          \_ perl test_proc_1.pl
root     20532  0.0  0.0     0    0 pts/2    Z+   21:46   0:00              \_ [perl]
root     20535  0.0  0.0     0    0 pts/2    Z+   21:46   0:00              \_ [perl]
root     20536  0.0  0.0     0    0 pts/2    Z+   21:46   0:00              \_ [perl]
root     20539  0.0  0.0     0    0 pts/2    Z+   21:46   0:00              \_ [perl]
root     20541  0.0  0.0  8460  720 pts/2    S+   21:46   0:00              \_ perl test_proc_1.pl
root     20543  0.0  0.0  8460  720 pts/2    S+   21:46   0:00              \_ perl test_proc_1.pl
root     20545  0.0  0.0  8460  720 pts/2    S+   21:46   0:00              \_ perl test_proc_1.pl
root     20546  0.0  0.0  8460  720 pts/2    S+   21:46   0:00              \_ perl test_proc_1.pl
root     20548  0.0  0.0  8460  720 pts/2    S+   21:46   0:00              \_ perl test_proc_1.pl
 
    有4个进程,状态为Z,意思就是僵尸进程,而正常的程序,是不应该出现僵尸进程的。
    正常情况下,子进程的退出需要做两件事情,第一,子进程exit,发出一个信号给自己的父进程,第二,父进程对子进程进行回收,如果父进程已经不存在了,那子进程会将init,也就是linux中第一个进程作为自己的父进程,init会代替它的父进程对子进程进行回收。
    我们的情况就是,子进程已经调用了exit,但是父进程并没有对它进行回收,如果父进程持续fork子进程,那僵尸进程就会越来越多,越来越多,最后会导致什么后果,我就不说了。
    父进程回收子进程的函数有两个:
    wait,和waitpid
    wait函数比较简单,没有任何参数,调用以后,父进程会停住,然后等待子进程返回。如果没有子进程,返回-1
    waitpid有两个参数,第一个参数为要等待的子进程的pid值,另外一个是flag,一般来讲,第一个参数为-1,意思就是等待所有的子进程。调用方法如下:
 
$procid = fork();
if ($procid == 0) {
  # == child process ==
  print ("this line is printed first\n");
  exit(0);
} else {
  # == parent process ==
  waitpid ($procid, 0);
  print ("this line is printed last\n");
}
 
    其实,最主要的是让父进程知道,什么时候才需要去回收已经退出的子进程,因为父进程也是有很多活需要忙的。
    这个可以通过信号来实现,子进程在退出的时候,会向父进程发送一个信号,我们只要捕获了这个信号,就知道,有些子进程需要回收啦。例子如下:
 
#!/usr/bin/perl
# test_proc_2.pl
# test multi process
# create by lianming: 2009-08-12
 
use strict;
use warnings;
use POSIX ":sys_wait_h";
 
## == number of zombies proc ==
my $zombies = 0;
 
my $collect;
 
## == get the child signal ==
$SIG{CHLD} = sub { $zombies++ };
 

for (my $i = 0; $i < 10; $i ++) {
    ## == fork a new process ==
    my $pid = fork();
 
    if (!defined($pid)) {
        print "Error in fork: $!";
        exit 1;
    }
 
    if ($pid == 0) {
 
        ## == child proc ==
        print "Child $i : My pid = $$\n";
        sleep(5);
        print "Child $i : end\n";
        exit 0;
    }
 
    ## == if need to collect zombies ==
    if ($zombies > 0) {
        while (($collect = waitpid(-1, WNOHANG)) > 0) {
            $zombies --;
        }
    }
    sleep(1);
}
 
exit 0;
 
    执行结果和原先一样:
 
Child 0 : My pid = 21552
Child 1 : My pid = 21553
Child 2 : My pid = 21554
Child 3 : My pid = 21555
Child 4 : My pid = 21556
Child 0 : end
Child 5 : My pid = 21558
Child 1 : end
Child 6 : My pid = 21570
Child 2 : end
Child 7 : My pid = 21572
Child 3 : end
Child 8 : My pid = 21574
Child 4 : end
Child 9 : My pid = 21575
Child 5 : end
 
[root@localhost /tmp]
# Child 6 : end
Child 7 : end
Child 8 : end
Child 9 : end
 
    但是ps auxf的结果就有很大差别了:
 
root     21551  0.1  0.0  8280 2672 pts/2    S+   22:06   0:00          \_ perl test_proc_2.pl
root     21558  0.0  0.0  8280 1168 pts/2    S+   22:07   0:00              \_ perl test_proc_2.pl
root     21570  0.0  0.0  8280 1168 pts/2    S+   22:07   0:00              \_ perl test_proc_2.pl
root     21572  0.0  0.0  8280 1168 pts/2    S+   22:07   0:00              \_ perl test_proc_2.pl
root     21574  0.0  0.0  8280 1168 pts/2    S+   22:07   0:00              \_ perl test_proc_2.pl
root     21575  0.0  0.0  8280 1168 pts/2    S+   22:07   0:00              \_ perl test_proc_2.pl
 
    僵尸进程不会存在了。
    $SIG{CHLD} = sub { $zombies++ }; 这条语句,其实就是捕获了子进程退出的时候,向父进程发出的信号,捕获以后,就给一个变量($zombies)加1。
    如果"$zombies"不为0的时候,那就说明,有子进程退出了,需要进行回收,那父进程就调用waidpid函数,进行一次回收,每回收一个子进程,就给这个变量减去1,这样当"$zombies"减为0的时候,就说明所有的僵尸进程都已经回收了。bingo!
 
    有的时候,我们只是执行一定量的任务,只管fork就可以了,但是某些时候,我们有太多任务需要执行,要一直持续的fork好多子进程,但是我们希望把子进程的数目控制在一个范围内,比如说,我一个任务,需要有100个子进程来执行,但是我不能100个进程全部fork出去,这样太占用资源了,所以我希望把进程数量控制在10个以内,当第一个进程退出以后,我再fork第11个进程,例子如下:
 
#!/usr/bin/perl
# test_proc_3.pl
# test multi process
# create by lianming: 2009-08-12
 
use strict;
use warnings;
use POSIX ":sys_wait_h";
 
## == number of proc ==
my $num_proc = 0;
 
## == number of collected ==
my $num_collect = 0;
 
my $collect;
 
## == get the child signal ==
$SIG{CHLD} = sub { $num_proc-- };
 
for (my $i = 0; $i < 10; $i ++) {
 
    ## == fork a new process ==
    my $pid = fork();
 
    if (!defined($pid)) {
        print "Error in fork: $!";
        exit 1;
    }
 
    if ($pid == 0) {
 
        ## == child proc ==
        print "Child $i : My pid = $$\n";
        sleep(5);
        print "Child $i : end\n";
        exit 0;
    }
 
    $num_proc ++;
 
    ## == if need to collect zombies ==
    if (($i-$num_proc-$num_collect) > 0) {
        while (($collect = waitpid(-1, WNOHANG)) > 0) {
            $num_collect ++;
        }
    }
    do {
        sleep(1);
    } until ($num_proc < 3);
}
 
exit 0;
 
    执行结果如下:
 
Child 0 : My pid = 22641
Child 1 : My pid = 22642
Child 2 : My pid = 22643
Child 0 : end
Child 3 : My pid = 22645
Child 1 : end
Child 4 : My pid = 22647
Child 2 : end
Child 5 : My pid = 22658
Child 3 : end
Child 6 : My pid = 22660
Child 4 : end
Child 7 : My pid = 22661
Child 5 : end
Child 8 : My pid = 22663
Child 6 : end
Child 9 : My pid = 22664
Child 7 : end
 
[root@localhost /tmp]
# Child 8 : end
Child 9 : end
 
    同时,看到的ps auxf的输出如下:
 
root     22640  0.0  0.0  8116 2672 pts/2    S+   22:28   0:00          \_ perl test_proc_3.pl
root     22660  0.0  0.0     0    0 pts/2    Z+   22:29   0:00              \_ [perl]
root     22661  0.0  0.0  8116 1168 pts/2    S+   22:29   0:00              \_ perl test_proc_3.pl
root     22663  0.0  0.0  8116 1168 pts/2    S+   22:29   0:00              \_ perl test_proc_3.pl
root     22664  0.0  0.0  8116 1168 pts/2    S+   22:29   0:00              \_ perl test_proc_3.pl
 
    第一个子进程需要5s才能退出,如果1s执行一次fork的话,那么同时应该有5个子进程,但是本例中只有三个,那就是说实现了对进程数量的控制。
    本例中定义了几个变量:
    $num_proc:正在活动的进程数量,控制在3个以内,所以在父进程每次fork完子进程后,都会检查这个变量,如果超出了3个,那就等一会。当父进程fork了新子进程的时候,这个数字会增加,当子进程退出以后,父进程捕获了信号,这个数字会减少。
    $num_collect:已回收的进程数量,每回收一个子进程,变量加一。
    $i:已经fork的进程数量。
 
    $num_proc和$num_collect的和应该是等于$i的,如果不等于了,那就说明,有子进程需要回收了。
 
    进程的控制还算简单吧?
    有的时候,进程和进程之间是需要通讯的,进程不像线程,整个内存空间都是共享的,但是linux也提供了多种进程之间通信的方式,最简单的方式,就是存在文件里,下一篇文档就讨论一种文件存储的方法。
    
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