c语言进程池的简单实现

一、背景

上期文章提了一下线程池的简单实现，本期顺势也把进程池的学习过程给大家分享一下吧；

二、相关知识

2.1 进程池的使用场景

进程池与线程池出发点一样，都是考虑多核情况下任务的并行处理；

从多进程和多线程编程的区别上看，多线程有许多的同步、互斥的方法，较擅长于异步协作；而多进程同步、互斥的方法相对比较麻烦，则更多地考虑上下文独立执行；

从Nginx使用线程池/进程池处理大并发的思路去分析，其实就是多客户端大量连接的场景；主进程监听是否有新客户端tcp连接，然后分发给工作进程去响应http请求，在这种场景下每个连接都是一个独立的上下文逻辑，每个工作进程的内容都是对等地处理http请求，这种情况就非常适合进程池的方式；

2.2 进程池的工作流程

把上述的场景给抽象出来，关注于父子进程的通讯，也就是下图流程：

Master主进程给Worker子进程分发任务，通讯的方式用的就是单向管道的方式；

分发任务这块，可以有随机分发、轮流分发、计分板等多种方法，具体可以结合业务进行设计；

三、实现原型

本节根据上述流程图进行一个简单的实现，假设分别有A、B、C三种任务，主进程使用轮流分发（Round-robin）把任务均匀地分配给子进程们；

在结构体process上得考虑一下，Master进程需要保存所有子进程的进程号、管道号；

/* Process struct */
typedef struct process
{
        char name[SIZE_NAME_NORMAL];                    /* Process name */
        pid_t pid;                                      /* Process id */
        int pipefd[2];                                  /* Connection between master/slave */
        size_t score;                                   /* Score record */
} process_t;

/* Program instance */
typedef struct instance
{
        char prg_name[SIZE_NAME_LONG];                  /* Program name with path */
        char cfg_name[SIZE_NAME_LONG];                  /* Configure name with path */

        u16 process_num;                                /* Sub process number */
        u16 process_idx;                                /* Current process index */

        struct process *proc;                           /* Process struct */
} instance_t;

进程池的初始化函数，根据给定的Worker进程数开启子进程；

int process_pool(instance_t *pinst, u16 process_num)
{
    int ret = FAILURE;
    int ix  = 0;
    int status = 0;

    if ( !pinst || !process_num ) {
        printf("NULL\n");
        goto _E1;
    }

    signal(SIGINT,  __sig_quit);
    signal(SIGTERM, __sig_quit);

    pinst->process_idx = 0;
    pinst->process_num = process_num;
    pinst->proc = (process_t *)calloc(process_num + 1, sizeof(process_t));
    if ( !pinst->proc ) {
        printf("Alloc process pool struct failed\n");
        goto _E1;
    }

    for ( ix = 1; ix <= process_num; ix++ ) {

        int bufsize = 1;
        ret = pipe(pinst->proc[ix].pipefd);
        if ( SUCCESS != ret ) {
            printf("socketpair\n");
            goto _E2;
        }

        printf("Setup worker#%u\n", ix);

        pinst->proc[ix].pid = fork();
        if ( pinst->proc[ix].pid < 0 ) {
            printf("fork\n");
            goto _E2;
        }
        else if ( pinst->proc[ix].pid > 0 ) {
            /* Father */
            CLOSE_FD(pinst->proc[ix].pipefd[0]);
            continue;
        }
        else {
            /* Child */
            CLOSE_FD(pinst->proc[ix].pipefd[1]);
            pinst->process_idx = ix;
            ret = __worker(pinst);
            goto _E2;
        }
    }

    ret = __master(pinst);

    /* Waiting workers */
    for ( ix = 1; ix <= pinst->process_num; ix++ ) {
        waitpid(pinst->proc[ix].pid, &status, WNOHANG);
    }

_E2:
    for ( ix = 1; ix <= pinst->process_num; ix++ ) {
        CLOSE_FD(pinst->proc[ix].pipefd[1]);
        CLOSE_FD(pinst->proc[ix].pipefd[0]);
    }

    FREE_POINTER(pinst->proc);
_E1:
    return ret;
}

然后就是Master Worker的实现，Master就是简单地进行一个事件分发，通过约定的协议"ABC"代表三种工作命令，“Q“代表退出进程；

static int __master(instance_t *pinst)
{
    int ret  = 0;
    int fd   = 0;
    int ix   = 0;
    int roll = 0;

    char c = 0;

#define __offset(pinst) ((pinst)->proc[(pinst)->process_idx])
#define __round_robin(pinst, roll) \
    ((pinst)->proc[((roll) % (pinst)->process_num) + 1].pipefd[1])

    printf("Master#%u setup\n", pinst->process_idx);

    for ( g_enable = 1; g_enable; ) {

        /* Get pipe fd by round-robin */
        fd = __round_robin(pinst, ++roll);

        c = 'A' + roll % 3; // 'A'/'B'/'C'
        ret = write(fd, &c, 1);
        if ( ret <= 0 ) {
            return FAILURE;
        }
        sleep(1);
    }

    /* Tell all workers to quit */
    for ( ix = 1; ix <= pinst->process_num; ix++ ) {
        c = 'Q';
        write(__round_robin(pinst, ++roll), &c, 1);
    }

    printf("Master#%u shutdown\n", pinst->process_idx);
    return SUCCESS;
}

static int __worker(instance_t *pinst)
{
    int fd = __offset(pinst).pipefd[0];
    int ix = 0;
    ssize_t read_byte = FAILURE;
    char buffer[1024] = {0};

    printf("Worker#%u setup\n", pinst->process_idx);
    for ( g_enable = 1; g_enable; ) {
        read_byte = read(fd, buffer, sizeof(buffer));
        if ( read_byte <= 0 ) {
            if ( errno == EAGAIN || errno == EINTR ) {
                continue;
            }
            return FAILURE;
        }

        for ( ix = 0; ix < read_byte; ix++ ) {
            switch ( buffer[ix] ) {
                case 'A':
                case 'B':
                case 'C':
                    __offset(pinst).score += buffer[ix];
                    printf("Worker#%u Recv command: %c, score: %llu\n",
                            pinst->process_idx,
                            buffer[ix], __offset(pinst).score);
                    break;

                case 'Q':
                    printf("Quit\n");
                    g_enable = 0;
                    break;

                default:
                    break;
            }
        }
    }

    printf("Worker#%u shutdown\n", pinst->process_idx);
    return SUCCESS;
}

最后带一个main方法，考虑了进程释放的问题，在这个demo中使用信号对genable进行控制；

static u8 g_enable;                         /* Running flag */
static void __sig_quit(int sig)
{
    g_enable = 0;
}


int main(int argc, char *argv[])
{
    instance_t inst = {0};

    if ( argc < 2 ) {
        printf("Usage: \n\t%s < process number >\n", argv[0]);
        return EXIT_FAILURE;
    }

    return process_pool(&inst, atoi(argv[1]));
}

四、总结

在本次demo原型中，进程池的开启方法process_pool()是比较通用的，管道的方法除了pipe也可以用socketpair；

在功能扩展方面，要考虑的还有协议的完善、子进程执行结果是否需要告知主进程、应用socket的I/O复用、完善信号的处理等；

参考文章：

[1] http://blog.csdn.net/al_xin/article/details/39258067

[2] http://blog.csdn.net/u010693037/article/details/51335038