Linux中Shell多進(jìn)程并發(fā)以及并發(fā)數(shù)控制的示例分析

這篇文章主要介紹了Linux中Shell多進(jìn)程并發(fā)以及并發(fā)數(shù)控制的示例分析，具有一定借鑒價(jià)值，感興趣的朋友可以參考下，希望大家閱讀完這篇文章之后大有收獲，下面讓小編帶著大家一起了解一下。

1. 基礎(chǔ)知識(shí)準(zhǔn)備

1.1. linux后臺(tái)進(jìn)程

Unix是一個(gè)多任務(wù)系統(tǒng)，允許多用戶同時(shí)運(yùn)行多個(gè)程序。shell的元字符&提供了在后臺(tái)運(yùn)行不需要鍵盤輸入的程序的方法。輸入命令后，其后緊跟&字符，該命令就會(huì)被送往到linux后臺(tái)執(zhí)行，而終端又可以繼續(xù)輸入下一個(gè)命令了。
比如：

sh a.sh &
sh b.sh &
sh c.sh &

這三個(gè)命令就會(huì)被同時(shí)送往linux后臺(tái)執(zhí)行，在這個(gè)程度上，認(rèn)為這三個(gè)命令并發(fā)執(zhí)行了。

1.2. linux文件描述符

undefined

文件描述符（縮寫fd）在形式上是一個(gè)非負(fù)整數(shù)。實(shí)際上，它是一個(gè)索引值，指向內(nèi)核為每一個(gè)進(jìn)程所維護(hù)的該進(jìn)程打開文件的記錄表。當(dāng)程序打開一個(gè)現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個(gè)新文件時(shí)，內(nèi)核向進(jìn)程返回一個(gè)文件描述符。每一個(gè)unix進(jìn)程，都會(huì)擁有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的文件描述符，來(lái)對(duì)應(yīng)三種不同的流：

每一個(gè)文件描述符會(huì)對(duì)應(yīng)一個(gè)打開文件，同時(shí)，不同的文件描述符也可以對(duì)應(yīng)同一個(gè)打開文件；同一個(gè)文件可以被不同的進(jìn)程打開，也可以被同一個(gè)進(jìn)程多次打開。

在/proc/PID/fd中，列舉了進(jìn)程PID所擁有的文件描述符，例如

#!/bin/bash
source /etc/profile;

# $表示當(dāng)前進(jìn)程的PID
PID=$

# 查看當(dāng)前進(jìn)程的文件描述符指向
ll /proc/$PID/fd
echo "-------------------";echo

# 文件描述符1與文件tempfd1進(jìn)行綁定
( [ -e ./tempfd1 ] || touch ./tempfd1 ) && exec 1<>./tempfd1

# 查看當(dāng)前進(jìn)程的文件描述符指向
ll /proc/$PID/fd
echo "-------------------";echo;

[ouyangyewei@localhost learn_linux]$ sh learn_redirect.sh 
total 0
lrwx------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 0 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 1 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 2 -> /dev/pts/0
lr-x------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 255 -> /home/ouyangyewei/workspace/learn_linux/learn_redirect.sh
-------------------

[ouyangyewei@localhost learn_linux]$ cat tempfd1 
total 0
lrwx------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 0 -> /dev/pts/0
lrwx------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 1 -> /home/ouyangyewei/workspace/learn_linux/tempfd1
lrwx------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 2 -> /dev/pts/0
lr-x------. 1 ouyangyewei ouyangyewei 64 Jan  4 22:17 255 -> /home/ouyangyewei/workspace/learn_linux/learn_redirect.sh
-------------------

上述的例子中第12行，將文件描述符1與文件tempfile進(jìn)行了綁定，此后，文件描述符1指向了tempfile文件，標(biāo)準(zhǔn)輸出被重定向到了文件tempfile中。

1.3. linux管道

在Unix或類Unix操作系統(tǒng)中，管道是一個(gè)由標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出鏈接起來(lái)的進(jìn)程集合，因此，每一個(gè)進(jìn)程的輸出將直接作為下一個(gè)進(jìn)程的輸入，

linux管道包含兩種：

匿名管道命名管道

管道有一個(gè)特點(diǎn)，如果管道中沒有數(shù)據(jù)，那么取管道數(shù)據(jù)的操作就會(huì)滯留，直到管道內(nèi)進(jìn)入數(shù)據(jù)，然后讀出后才會(huì)終止這一操作；同理，寫入管道的操作如果沒有讀取管道的操作，這一動(dòng)作就會(huì)滯留。

1.3.1. 匿名管道

在Unix或類Unix操作系統(tǒng)的命令行中，匿名管道使用ASCII中垂直線|作為匿名管道符，匿名管道的兩端是兩個(gè)普通的，匿名的，打開的文件描述符：一個(gè)只讀端和一個(gè)只寫端，這就讓其它進(jìn)程無(wú)法連接到該匿名管道。

例如：

cat file | less

為了執(zhí)行上面的指令，Shell創(chuàng)建了兩個(gè)進(jìn)程來(lái)分別執(zhí)行cat和less。下圖展示了這兩個(gè)進(jìn)程是如何使用管道的：

有一點(diǎn)值得注意的是兩個(gè)進(jìn)程都連接到了管道上，這樣寫入進(jìn)程cat就將其標(biāo)準(zhǔn)輸出（文件描述符為fd 1）連接到了管道的寫入端，讀取進(jìn)程less就將其標(biāo)準(zhǔn)輸入（文件描述符為fd 0）連接到了管道的讀入端。實(shí)際上，這兩個(gè)進(jìn)程并不知道管道的存在，它們只是從標(biāo)準(zhǔn)文件描述符中讀取數(shù)據(jù)和寫入數(shù)據(jù)。shell必須要完成相關(guān)的工作。

1.3.2. 命名管道（FIFO，F(xiàn)irst In First Out）

命名管道也稱FIFO，從語(yǔ)義上來(lái)講，F(xiàn)IFO其實(shí)與匿名管道類似，但值得注意：

在文件系統(tǒng)中，F(xiàn)IFO擁有名稱，并且是以設(shè)備特俗文件的形式存在的；任何進(jìn)程都可以通過FIFO共享數(shù)據(jù)；除非FIFO兩端同時(shí)有讀與寫的進(jìn)程，否則FIFO的數(shù)據(jù)流通將會(huì)阻塞；匿名管道是由shell自動(dòng)創(chuàng)建的，存在于內(nèi)核中；而FIFO則是由程序創(chuàng)建的（比如mkfifo命令），存在于文件系統(tǒng)中；匿名管道是單向的字節(jié)流，而FIFO則是雙向的字節(jié)流；

比如，可以利用FIFO實(shí)現(xiàn)單服務(wù)器、多客戶端的應(yīng)用程序:

有了上面的知識(shí)準(zhǔn)備，現(xiàn)在可以開始講述，linux多進(jìn)程并發(fā)時(shí)，如何控制每次并發(fā)的進(jìn)程數(shù)。

2. linux多進(jìn)程并發(fā)數(shù)控制

最近小A需要生產(chǎn)2015年全年的KPI數(shù)據(jù)報(bào)表，現(xiàn)在小A已經(jīng)將生產(chǎn)腳本寫好了，生產(chǎn)腳本一次只能生產(chǎn)指定一天的KPI數(shù)據(jù)，假設(shè)跑一次生產(chǎn)腳本需要5分鐘，那么：
* 如果是循環(huán)順序執(zhí)行，那么需要時(shí)間：5 * 365 = 1825 分鐘，約等于 6 天
* 如果是一次性放到linux后臺(tái)并發(fā)執(zhí)行，365個(gè)后臺(tái)任務(wù)，系統(tǒng)可承受不住哦！

既然不能一次性把365個(gè)任務(wù)放到linux后臺(tái)執(zhí)行，那么，能不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)地每次將N個(gè)任務(wù)放到后臺(tái)并發(fā)執(zhí)行呢？當(dāng)然是可以的啦。

#! /bin/bash
source /etc/profile;

# -----------------------------

tempfifo=$.fifo        # $表示當(dāng)前執(zhí)行文件的PID
begin_date=$1           # 開始時(shí)間
end_date=$2             # 結(jié)束時(shí)間

if [ $# -eq 2 ] 
then
    if [ "$begin_date" \> "$end_date" ]
    then
        echo "Error! $begin_date is greater than $end_date"
        exit 1;
    fi
else
    echo "Error! Not enough params."
    echo "Sample: sh loop_kpi 2015-12-01 2015-12-07"
    exit 2;
fi

# -----------------------------

trap "exec 1000>&-;exec 1000<&-;exit 0" 2
mkfifo $tempfifo
exec 1000<>$tempfifo
rm -rf $tempfifo

for ((i=1; i<=8; i++))
do
    echo >&1000
done

while [ $begin_date != $end_date ]
do
    read -u1000
    {
        echo $begin_date
        hive -f kpi_report.sql --hivevar date=$begin_date
        echo >&1000
    } &

    begin_date=`date -d "+1 day $begin_date" +"%Y-%m-%d"`
done

wait
echo "done!!!!!!!!!!"

第6～22行：比如：sh loop_kpi_report.sh 2015-01-01 2015-12-01：

$1表示腳本入?yún)⒌牡谝粋€(gè)參數(shù)，等于2015-01-01

$2表示腳本入?yún)⒌牡诙€(gè)參數(shù)，等于2015-12-01

$#表示腳本入?yún)⒌膫€(gè)數(shù)，等于2

第13行用于比較傳入的兩個(gè)日期的大小，\>是轉(zhuǎn)義

第26行：表示在腳本運(yùn)行過程中，如果接收到Ctrl+C中斷命令，則關(guān)閉文件描述符1000的讀寫，并正常退出

exec 1000>&-;表示關(guān)閉文件描述符1000的寫

exec 1000<&-;表示關(guān)閉文件描述符1000的讀

trap是捕獲中斷命令

第27～29行：

第27行，創(chuàng)建一個(gè)管道文件

第28行，將文件描述符1000與FIFO進(jìn)行綁定，<讀的綁定，>寫的綁定，<>則標(biāo)識(shí)對(duì)文件描述符1000的所有操作等同于對(duì)管道文件$tempfifo的操作

第29行，可能會(huì)有這樣的疑問：為什么不直接使用管道文件呢？事實(shí)上這并非多此一舉，管道的一個(gè)重要特性，就是讀寫必須同時(shí)存在，缺失某一個(gè)操作，另一個(gè)操作就是滯留，而第28行的綁定文件描述符（讀、寫綁定）正好解決了這個(gè)問題

第31～34行：對(duì)文件描述符1000進(jìn)行寫入操作。通過循環(huán)寫入8個(gè)空行，這個(gè)8就是我們要定義的后臺(tái)并發(fā)的線程數(shù)。為什么是寫空行而不是寫其它字符？因?yàn)楣艿牢募淖x取，是以行為單位的

第37～42行：

第37行，read -u1000的作用就是讀取管道中的一行，在這里就是讀取一個(gè)空行；每次讀取管道就會(huì)減少一個(gè)空行

第39～41行，注意到第42行結(jié)尾的&嗎？它表示進(jìn)程放到linux后臺(tái)中執(zhí)行

第41行，執(zhí)行完后臺(tái)任務(wù)之后，往文件描述符1000中寫入一個(gè)空行。這是關(guān)鍵所在了，由于read -u1000每次操作，都會(huì)導(dǎo)致管道減少一個(gè)空行，當(dāng)linux后臺(tái)放入了8個(gè)任務(wù)之后，由于文件描述符1000沒有可讀取的空行，將導(dǎo)致read -u1000一直處于等待。

感謝你能夠認(rèn)真閱讀完這篇文章，希望小編分享的“Linux中Shell多進(jìn)程并發(fā)以及并發(fā)數(shù)控制的示例分析”這篇文章對(duì)大家有幫助，同時(shí)也希望大家多多支持億速云，關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，更多相關(guān)知識(shí)等著你來(lái)學(xué)習(xí)!