【Linux篇】探索进程间通信：如何使用匿名管道构建高效的进程池

#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>

int main() {
    int pipefd[2];
    pid_t pid;
    char message[] = "Hello from parent process!";
    char buffer[100];

    // 创建管道
    if (pipe(pipefd) == -1) {
        perror("pipe");
        return 1;
    }

    pid = fork();  // 创建子进程
    if (pid == -1) {
        perror("fork");
        return 1;
    }

    if (pid == 0) {  // 子进程
        close(pipefd[1]);  // 关闭写端
        read(pipefd[0], buffer, sizeof(buffer));  // 从管道中读取数据
        printf("Child received: %s\n", buffer);
        close(pipefd[0]);  // 关闭读端
    } else {  // 父进程
        close(pipefd[0]);  // 关闭读端
        write(pipefd[1], message, strlen(message) + 1);  // 向管道写数据
        close(pipefd[1]);  // 关闭写端
    }

    return 0;
}

class Channel
{
public:
    Channel(int fd, pid_t id) : _wfd(fd), _subid(id)
    {
        _name = "channel-" + std::to_string(_wfd) + "-" + std::to_string(_subid);
    }
    ~Channel() {}
    void Send(int code)
    {
        int n = write(_wfd, &code, sizeof(code));
        (void)n;
    }
    void Close()
    {
        close(_wfd);
    }

    void Wait()
    {
        pid_t rid = waitpid(_subid, nullptr, 0);
        (void)rid;
    }
    int Fd() { return _wfd; }
    pid_t SubId() { return _subid; }
    std::string Name() { return _name; }

private:
    int _wfd;
    pid_t _subid;
    std::string _name;
    int loadnum;
};

class ChannelManager
{
public:
    ChannelManager() : _next(0)
    {
    }
    void Insert(int wfd, pid_t subid)
    {
        _channels.emplace_back(wfd, subid);
        // Channel c(wfd,subid);
        //_channels.push_back(std::move(c));
    }
    Channel &Select()
    {
        auto &c = _channels[_next];
        _next++;
        _next %= _channels.size();
        return c;
    }
    void PrintChannel()
    {
        for (auto &channel : _channels)
        {
            std::cout << channel.Name() << std::endl;
        }
    }
    void CloseAll()
    {
        for (auto &channel : _channels)
        {
            channel.Close();
            //std::cout << "关闭: " << channel.Name() << std::endl;
        }
    }
    void StopSubProcess()
    {
        for (auto &channel : _channels)
        {
            channel.Close();
            std::cout << "关闭: " << channel.Name() << std::endl;
        }
    }
    void WaitSubProcess()
    {
        for (auto &channel : _channels)
        {
            channel.Wait();
            std::cout << "回收: " << channel.Name() << std::endl;
        }
    }

    void CloseAndWait()
    {
        for (auto &channel : _channels)
        {
            channel.Close();
            std::cout << "关闭: " << channel.Name() << std::endl;
            channel.Wait();
            std::cout << "回收: " << channel.Name() << std::endl;
        }

        // 方案1:从后往前关闭管道
        // for (int i = _channels.size() - 1; i >= 0; i--)
        // {
        //     _channels[i].Close();
        //     std::cout << "关闭: " << _channels[i].Name() << std::endl;
        //     _channels[i].Wait();
        //     std::cout << "回收: " << _channels[i].Name() << std::endl;
        // }
    }
    ~ChannelManager() {}

private:
    std::vector<Channel> _channels;
    int _next;
};

#pragma once

#include<iostream>
#include<vector>
#include<ctime>

typedef void (*task_t)();


void PrintLog()
{
    std::cout << "我是一个打印日志的任务" << std::endl;
}
void DownLoad()
{
    std::cout << "我是一个下载的任务" << std::endl;
}
void UpLoad()
{
    std::cout<< "我是一个上传的任务" << std::endl;
}

class taskManager
{
public:
    taskManager()
    {
        srand(time(nullptr));
    }
    void Register(task_t t)
    {
        _tasks.push_back(t);
    }
    int Code()
    {
        return rand()%_tasks.size();
    }
    void Execute(int code)
    {
        if(code >= 0 && code < _tasks.size())
        {
            _tasks[code]();
        }
    }
    ~taskManager()
    {}
private:
    std::vector<task_t> _tasks;
};

class ProcessPool
{
public:
    ProcessPool(int num) : _process_num(num)
    {
        _tm.Register(PrintLog);
        _tm.Register(DownLoad);
        _tm.Register(UpLoad);
    }
    void Work(int rfd)
    {
        while (true)
        {
            // std::cout << "我是子进程, 我的rfd是:" << rfd << std::endl;
            // sleep(5);
            int code = 0;
            ssize_t n = read(rfd, &code, sizeof(code));
            if (n > 0)
            {
                if (n != sizeof(code))
                {
                    continue;
                }

                std::cout << "子进程[" << getpid() << "]收到一个任务码:" << code << std::endl;
                _tm.Execute(code);
            }
            else if (n == 0)
            {
                // 当所有写端关闭后，读端会读到0，表示EOF。但如果有多个写端，情况会复杂一些。
                // 当某个写端关闭时，其他写端可能还在打开状态，此时读端可能仍然阻塞，直到所有数据被读取或所有写端关闭。
                // 管道EOF触发机制
                // 当且仅当所有写端都关闭时，读端才会收到EOF（read返回0）
                // 若存在多个写端，即使部分写端关闭，只要还有一个写端保持打开状态，读端就会持续阻塞等待数据
                std::cout << "子进程退出" << std::endl;
                break;
            }
            else
            {
                std::cout << "读取错误" << std::endl;
                break;
            }
        }
    }
    bool Start()
    {
        for (int i = 0; i < _process_num; i++)
        {
            // 1.创建管道
            int pipefd[2] = {0};
            int n = pipe(pipefd);
            if (n < 0)
                return false;

            // 2.创建子进程
            pid_t subid = fork();
            if (subid < 0)
                return false;
            else if (subid == 0)
            {
                // child
                // 让子进程关闭自己继承下来的，它哥哥进程w段关闭即可！
                // 3.关闭不需要的文件描述符
                _cm.CloseAll();//关闭所有的w端
                close(pipefd[1]);
                Work(pipefd[0]);
                close(pipefd[0]);
                exit(0);
            }
            else
            {
                // parent
                // 3.关闭不需要的文件描述符
                close(pipefd[0]);
                _cm.Insert(pipefd[1], subid);
            }
        }
        return true;
    }
    void debug()
    {
        _cm.PrintChannel();
    }
    void Run()
    {
        // 1.选择一个任务
        int taskcode = _tm.Code();

        // 1.选择一个信道[子进程]，负载均衡的选择一个信道，完成任务
        auto &c = _cm.Select();
        std::cout << "选择一个子进程：" << c.Name() << std::endl;
        // 2.发送任务
        c.Send(taskcode);
        std::cout << "发送了一个任务码：" << taskcode << std::endl;
    }
    void Stop()
    {
        // //关闭父进程所有wfd的写端
        // _cm.StopSubProcess();
        // //回收所有子进程
        // _cm.WaitSubProcess();

        _cm.CloseAndWait();
    }
    ~ProcessPool()
    {
    }

private:
    ChannelManager _cm;
    int _process_num;
    taskManager _tm;
};

#endif