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使用C++实现进程池：博客园分享

2023-07-07 13:48:49 深夜i -- --

C++ 进程池实现博客园分享

在Unix系统下，进程池是一种常见的并发处理方式。传统的进程处理方式会导致系统资源的消耗过大，进程池的方式可以通过预分配一定数量的进程，进程之间共享资源，减少了进程的创建和销毁带来的资源消耗。本文将介绍如何使用C++实现一个简单的进程池。

首先，定义进程池类ProcessPool，该类包括一个内部的结构体Process，用于存储子进程相关信息，以及一个构造函数和一个Run函数用于启动进程池。


class ProcessPool
{
private:
  struct Process
  {
    pid_t pid;       //子进程pid
    int pipefd[2];     //父子进程通信管道
  };
public:
  ProcessPool(int listenfd, int process_num = 8);
  ~ProcessPool();
  void Run();
private:
  static const int MAX_PROCESS_NUM = 16;
  static const int MAX_EVENT_NUM = 10000;
  int m_process_num;     //进程池内进程数量
  int m_listenfd;       //监听套接字
  int m_idx;         //每个进程在进程池中的序号
  int m_epollfd;       //用于事件通知的epoll
  epoll_event m_events[MAX_EVENT_NUM];  //epoll事件
  Process m_sub_process[MAX_PROCESS_NUM]; //进程池
  static ProcessPool* m_instance;     //单例模式对象
};

然后，在ProcessPool类的构造函数中初始化进程池，并设置每个子进程的相应事件处理函数。


ProcessPool::ProcessPool(int listenfd, int process_num) : m_listenfd(listenfd), m_process_num(process_num), m_idx(-1)
{
  assert(process_num > 0 && process_num <= MAX_PROCESS_NUM);
  m_instance = this;
  for (int i = 0; i < m_process_num; ++i)
  {
    int ret = socketpair(PF_UNIX, SOCK_STREAM, 0, m_sub_process[i].pipefd);
    assert(ret != -1);
    m_sub_process[i].pid = fork();
    assert(m_sub_process[i].pid >= 0);
    if (m_sub_process[i].pid > 0)
    {
      close(m_sub_process[i].pipefd[1]);
      continue;
    }
    else
    {
      close(m_sub_process[i].pipefd[0]);
      m_idx = i;
      break;
    }
  }
}
void ProcessPool::Run()
{
  if (m_idx == -1)
  {
    SetupSIGCHLDHandler();  //父进程安装信号处理函数
    SetupEpoll();       //父进程创建epoll
    //将监听套接字加入epoll监控
    AddFd(m_epollfd, m_listenfd);
    //循环处理事件
    while (true)
    {
      int event_num = epoll_wait(m_epollfd, m_events, MAX_EVENT_NUM, -1);
      if (event_num < 0 && errno != EINTR)
      {
        printf("epoll failed\n");
        break;
      }
      for (int i = 0; i < event_num; ++i)
      {
        int fd = m_events[i].data.fd;
        if (fd == m_listenfd)
        {
          int clientfd = Accept(m_listenfd);
          AddFd(m_epollfd, clientfd);
        }
        else if (m_events[i].events & EPOLLIN)
        {
          //接收到客户端数据
          Request* request = new Request();
          request->m_connfd = fd;
          AddTask(request);
        }
        else if (m_events[i].events & EPOLLOUT)
        {
          //响应客户端数据
          Response* response = new Response();
          response->m_connfd = fd;
          AddTask(response);
        }
        else
        {
          printf("something else happened\n");
        }
      }
    }
  }
  else
  {
    SetupSIGCHLDHandler();   //子进程安装信号处理函数
    SetupEpoll();        //子进程创建epoll
    //子进程监听管道
    AddFd(m_epollfd, m_sub_process[m_idx].pipefd[0]);
    //循环处理事件
    while (true)
    {
      int event_num = epoll_wait(m_epollfd, m_events, MAX_EVENT_NUM, -1);
      if (event_num < 0 && errno != EINTR)
      {
        printf("epoll failed\n");
        break;
      }
      for (int i = 0; i < event_num; ++i)
      {
        int fd = m_events[i].data.fd;
        if (fd == m_sub_process[m_idx].pipefd[0])
        {
          //接收到父进程的任务
          Request* request = NULL;
          while ((request = RecvTask()) != NULL)
          {
            ProcessRequest(request);
          }
        }
      }
    }
  }
}

最后，可以看到ProcessPool的Run方法中包括了父进程和子进程的运行逻辑。子进程通过监听管道，接收父进程的任务，处理完后通过管道向父进程返回结果。而父进程则监听套接字，接收客户端连接，并将请求任务添加到进程池中去，等待子进程处理。

进程池的实现为高效的并发处理提供了一种可行的方案。本文介绍的进程池实现思路简单清晰，通过使用C++提供的类与对象的封装，使得代码的可读性和可维护性得到了很大的提高，也为使用C++进行进程池开发提供了参考。

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