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  • c++多进程编程

    万次阅读 2020-04-16 10:12:52
    c++多进程编程 介绍 进程:进程是一个正在执行的程序,是向CPU申请资源的,进程之间数据相互独立,一个进程至少有一个线程。 线程:线程是进程中的单一的顺序控制流程也可以叫做最小控制单元,线程是进程中执行单元...

    c++多进程编程

    介绍

    • 进程:进程是一个正在执行的程序,是向CPU申请资源的,进程之间数据相互独立,一个进程至少有一个线程。
    • 线程:线程是进程中的单一的顺序控制流程也可以叫做最小控制单元,线程是进程中执行单元,开启一个线程比开启一个进程更加节省资源。
    • 多线程:多线程是多任务处理的一种特殊形式,多任务处理允许让电脑同时运行两个或两个以上的程序。一般情况下,两种类型的多任务处理:基于进程和基于线程。
      多线程程序包含可以同时运行的两个或多个部分。这样的程序中的每个部分称为一个线程,每个线程定义了一个单独的执行路径。
    • 基于进程的多任务处理是程序的并发执行。
    • 基于线程的多任务处理是同一程序的片段的并发执行。

    线程

    线程的优点:

    1、创建一个新线程的代价要比创建一个新进程小得多
    2、与进程之间的切换相比,线程之间的切换需要操作系统做的工作要少很多
    3、线程占用的资源要比进程少很多
    4、能充分利用多处理器的可并行数量
    5、在等待慢速I/O操作结束的同时,程序可执行其他的计算任务
    6、计算密集型应用,为了能在多处理器系统上运行,将计算分解到多个线程中实现
    7、I/O密集型应用,为了提高性能,将I/O操作重叠。线程可以同时等待不同的I/O操作。

    线程的缺点

    性能损失

    一个很少被外部事件阻塞的计算密集型线程往往无法与共它线程共享同一个处理器。如果计算密集型线程的数量比可用的处理器多,那么可能会有较大的性能损失,这里的性能损失指的是增加了额外的同步和调度开销,而可用的资源不变。

    健壮性降低

    编写多线程需要更全面更深入的考虑,在一个多线程程序里,因时间分配上的细微偏差或者因共享了不该共享的变量而造成不良影响的可能性是很大的,换句话说线程之间是缺乏保护的。

    缺乏访问控制

    进程是访问控制的基本粒度,在一个线程中调用某些OS函数会对整个进程造成影响。

    编程难度提高

    编写与调试一个多线程程序比单线程程序困难得多。

    创建线程

    #include <pthread.h>
    pthread_create (thread, attr, start_routine, arg) 
    
    参数描述
    thread指向线程标识符指针
    attr一个不透明的属性对象,可以被用来设置线程属性。您可以指定线程属性对象,也可以使用默认值 NULL
    start_routine线程运行函数起始地址,一旦线程被创建就会执行
    arg运行函数的参数。它必须通过把引用作为指针强制转换为 void 类型进行传递。如果没有传递参数,则使用 NULL

    创建线程成功时,函数返回 0,若返回值不为 0 则说明创建线程失败。

    终止线程

    #include <pthread.h>
    pthread_exit (status) 
    

    在这里,pthread_exit 用于显式地退出一个线程。通常情况下,pthread_exit() 函数是在线程完成工作后无需继续存在时被调用。
    如果 main() 是在它所创建的线程之前结束,并通过 pthread_exit() 退出,那么其他线程将继续执行。否则,它们将在 main() 结束时自动被终止。

    程序示例

    #include <iostream>
    // 必须的头文件
    #include <pthread.h>
    using namespace std; 
    #define NUM_THREADS 5 
    // 线程的运行函数
    void* say_hello(void* args)
    {
        cout << "Hello Runoob!" << endl;
        return 0;
    }
    int main()
    {
        // 定义线程的 id 变量,多个变量使用数组
        pthread_t tids[NUM_THREADS];
        for(int i = 0; i < NUM_THREADS; ++i)
        {
            //参数依次是:创建的线程id,线程参数,调用的函数,传入的函数参数
            int ret = pthread_create(&tids[i], NULL, say_hello, NULL);
            if (ret != 0)
            {
               cout << "pthread_create error: error_code=" << ret << endl;
            }
        }
        //等各个线程退出后,进程才结束,否则进程强制结束了,线程可能还没反应过来;
        pthread_exit(NULL);
    }
    
    g++ test.cpp -lpthread -o test        #linux编译指令
    
    #include <iostream>
    #include <cstdlib>
    #include <pthread.h>
    using namespace std; 
    #define NUM_THREADS     5
    void *PrintHello(void *threadid)
    {  
       // 对传入的参数进行强制类型转换,由无类型指针变为整形数指针,然后再读取
       int tid = *((int*)threadid);
       cout << "Hello Runoob! 线程 ID, " << tid << endl;
       pthread_exit(NULL);
    }
    int main ()
    {
       pthread_t threads[NUM_THREADS];
       int indexes[NUM_THREADS];// 用数组来保存i的值
       int rc;
       int i;
       for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){      
          cout << "main() : 创建线程, " << i << endl;
          indexes[i] = i; //先保存i的值
          // 传入的时候必须强制转换为void* 类型,即无类型指针        
          rc = pthread_create(&threads[i], NULL, 
                              PrintHello, (void *)&(indexes[i]));
          if (rc){
             cout << "Error:无法创建线程," << rc << endl;
             exit(-1);
          }
       }
       pthread_exit(NULL);
    }
    main() : 创建线程, 0
    main() : 创建线程, 1
    main() : 创建线程, 2
    main() : 创建线程, 3
    main() : 创建线程, Hello Runoob! 线程 ID, 0
    4
    Hello Runoob! 线程 ID, Hello Runoob! 线程 ID, 3
    Hello Runoob! 线程 ID, 1
    Hello Runoob! 线程 ID, 4
    2
    

    连接和分离线程

    pthread_join (threadid, status) 
    pthread_detach (threadid) 
    

    pthread_join() 子程序阻碍调用程序,直到指定的 threadid 线程终止为止。当创建一个线程时,它的某个属性会定义它是否是可连接的(joinable)或可分离的(detached)。只有创建时定义为可连接的线程才可以被连接。如果线程创建时被定义为可分离的,则它永远也不能被连接。

    #include <iostream>
    #include <cstdlib>
    #include <pthread.h>
    #include <unistd.h>
     
    using namespace std;
     
    #define NUM_THREADS     5
     
    void *wait(void *t)
    {
       int i;
       long tid;
     
       tid = (long)t;
     
       sleep(1);
       cout << "Sleeping in thread " << endl;
       cout << "Thread with id : " << tid << "  ...exiting " << endl;
       pthread_exit(NULL);
    }
     
    int main ()
    {
       int rc;
       int i;
       pthread_t threads[NUM_THREADS];
       pthread_attr_t attr;
       void *status;
       // 初始化并设置线程为可连接的(joinable)
       pthread_attr_init(&attr);
       pthread_attr_setdetachstate(&attr, PTHREAD_CREATE_JOINABLE);
       for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
          cout << "main() : creating thread, " << i << endl;
          rc = pthread_create(&threads[i], NULL, wait, (void *)&i );
          if (rc){
             cout << "Error:unable to create thread," << rc << endl;
             exit(-1);
          }
       } 
       // 删除属性,并等待其他线程
       pthread_attr_destroy(&attr);
       for( i=0; i < NUM_THREADS; i++ ){
          rc = pthread_join(threads[i], &status);
          if (rc){
             cout << "Error:unable to join," << rc << endl;
             exit(-1);
          }
          cout << "Main: completed thread id :" << i ;
          cout << "  exiting with status :" << status << endl;
       } 
       cout << "Main: program exiting." << endl;
       pthread_exit(NULL);
    }
    

    进程的三种基本状态:

    (1) 就绪状态:进程已获得除CPU外的所有必要资源,只等待CPU时的状态。一个系统会将多个处于就绪状态的进程排成一个就绪队列。
    (2) 执行状态:进程已获CPU,正在执行。单处理机系统中,处于执行状态的进程只一个;多处理机系统中,有多个处于执行状态的进程。
    (3) 阻塞状态:正在执行的进程由于某种原因而暂时无法继续执行,便放弃处理机而处于暂停状态,即进程执行受阻。(这种状态又称等待状态或封锁状态)

    进程的操作

    创建进程有两种方式,一是由操作系统创建;二是由父进程创建。操作系统创建的进程,它们之间是平等的,一般不存在资源继承关系。而由父进程创建的进程(子进程),它们和父进程存在隶属关系。子进程又可以创建进程,形成一个进程家族。
    fork()函数调用后有2个返回值,调用一次,返回两次。成功调用fork函数后,当前进程实际上已经分裂为两个进程,一个是原来的父进程,另一个是刚刚创建的子进程。fork()函数的2个返回值,一个是父进程调用fork函数后的返回值,该返回值是刚刚创建的子进程的ID;另一个是子进程中fork函数的返回值,该返回值是0。这样可以用返回值来区分父、子进程。

    进程的编程示例

    #include <stdio.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <unistd.h>
    #include <iostream>
    #include <string>
    using namespace std;
    main()
    {
        pid_t pid;
        char *msg;
        int k;
        pid=fork();
        switch(pid){
            //子进程执行部分
    		case 0:
                msg="Child process is running.\n";
                k=3;
                break;
            case -1:
                perror("Process creation failed.\n");
                break;
            //父进程执行部分
    		default:
                msg="Parent process is running.\n";
                k=5;
                break;
        }
    	//父子进程共同执行部分
        while(k>0){
            puts(msg);
            sleep(1);
            k--;
        }
    }
    Parent process is running.
    Child process is running.
    Parent process is running.
    Child process is running.
    Parent process is running.
    Child process is running.
    Parent process is running.
    Parent process is running.
    

    注意事项

    父子进程终止的先后顺序不同会产生不同的结果。

    • 在子进程退出前父进程先退出,则系统会让init进程接管子进程。
    • 当子进程先于父进程终止,而父进程又没有调用wait函数等待子进程结束,子进程进入僵尸状态,并且会一直保持下去除非系统重启。子进程处于僵尸状态时,内核只保存该进程的一些必要信息以备父进程所需。此时子进程始终占用着资源,同时也减少了系统可以创建的最大进程数。如果子进程先于父进程终止,且父进程调用了wait或waitpid函数,则父进程会等待子进程结束。
    • 在Linux下,可以简单地将SIGCHLD信号的操作设为SIG_IGN,这样当子进程结束时就不会称为僵尸进程。
    展开全文
  • windows下 c++多进程

    千次阅读 2019-05-28 16:08:40
    转自:... 主进程: #include<iostream> #include<windows.h> int main(int argc, char*argv[]) { STARTUPINFO si = { sizeof(STARTUPINFO) };/...

    转自:https://blog.csdn.net/u012442719/article/details/55261051

    主进程:

    #include<iostream>
    #include<windows.h>
    int main(int argc, char*argv[])
    {
        STARTUPINFO si = { sizeof(STARTUPINFO) };//在产生子进程时,子进程的窗口相关信息
        PROCESS_INFORMATION pi;                  //子进程的ID/线程相关信息
        DWORD returnCode;//用于保存子程进的返回值;
    
        wchar_t commandLine1[] = L"subapp.exe -l";  //测试命令行参数一
        wchar_t commandLine2[] = L"subapp.exe";     //测试命令行参数二
    
        BOOL bRet = CreateProcess(              //调用失败,返回0;调用成功返回非0;
            NULL,                               //一般都是空;(另一种批处理情况:此参数指定"cmd.exe",下一个命令行参数 "/c otherBatFile")
            commandLine1,                       //命令行参数         
            NULL,                               //_In_opt_    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpProcessAttributes,
            NULL,                               //_In_opt_    LPSECURITY_ATTRIBUTES lpThreadAttributes,
            FALSE,                              //_In_        BOOL                  bInheritHandles,
            CREATE_NEW_CONSOLE,                 //新的进程使用新的窗口。
            NULL,                               //_In_opt_    LPVOID                lpEnvironment,
            NULL,                               //_In_opt_    LPCTSTR               lpCurrentDirectory,
            &si,                                //_In_        LPSTARTUPINFO         lpStartupInfo,
            &pi);                               //_Out_       LPPROCESS_INFORMATION lpProcessInformation
    
        if (bRet)
        {
            std::cout << "process is running..." << std::endl;
            //等待子进程结束
            WaitForSingleObject(pi.hProcess, -1);
            std::cout << "process is finished"  << std::endl;
            //获取子进程的返回值
            GetExitCodeProcess(pi.hProcess, &returnCode);
            std::cout << "process return code:" << returnCode << std::endl;
        }
        else
        {
            std::cout << "Create Process error!"<<std::endl;
            return 0;
        }
    
        getchar();
        CloseHandle(pi.hThread);
        CloseHandle(pi.hProcess);
        return 0;
    }
    

    子进程

    #include<iostream>
    
    int main(int argc,char* argv[])
    {
        std::cout << "this is subApp message" << std::endl;
    
        if (argc>= 2)
        {
            std::cout << "work... pass,the return code will be 0" << std::endl;
            getchar();
            return 0;
        }
        else
        {
            std::cout << "work... failed,the return code will be 1" << std::endl;
            getchar();
            return 1;
        }
    }
    

    链接:https://blog.csdn.net/ciaos/article/details/7714956

    展开全文
  • C++ 多进程,父进程监控子进程

    千次阅读 2020-06-20 11:35:19
    LINUX C:创建与监控个子进程 #include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <stdlib.h> #include <signal.h> #include <stdio.h> //子进程个数 #define SUB_PRO_COUNT ...

    LINUX C:创建与监控多个子进程

    #include <unistd.h>
    #include <sys/types.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <signal.h>
    #include <stdio.h>
     
    //子进程个数
    #define SUB_PRO_COUNT 10
     
    //处理子进程的退出信号
    void sub_quit_signal_handle(int sig);
     
    //父进程的事件循环
    void ParentCycle();
     
    //子进程的事件循环
    void ChildCycle();
     
    int main(void)
    {
        pid_t  pid;
        int i;
     
        //创建SUB_PRO_COUNT个子进程
        for(i=0; i<SUB_PRO_COUNT; i++)
        {
            pid = fork();
            if( 0 == pid || -1 == pid )
                break;
        }
     
        //创建子进程失败
        if( -1 == pid )
        {
            printf("No. %d: fork error\n", i);
        }
        //子进程的事件循环
        else if( 0 == pid )
        {
            ChildCycle();
        }
        //父进程的事件循环
        else
        {
            ParentCycle();
        }
     
        return 0;
    }
     
    void sub_quit_signal_handle(int sig)
    {
        int status;
        //获取退出的那个子进程的状态
        int quit_pid = wait(&status);
        printf("sub process %d quit, exit status %d\n", quit_pid, status);
     
        //新创建一个子进程
        pid_t pid = fork();
        if( 0 == pid )
             ChildCycle();
    }
     
    void ParentCycle()
    {
        printf("Parent process %d\n", getpid());
        signal(SIGCHLD, sub_quit_signal_handle);
        while(1)
            pause();
    }
     
    void ChildCycle()
    {
        printf("create sub process id: %d, parent id: %d\n", getpid(), getppid());
        while(1)
            pause();
    }
    

    Linux: 关于 SIGCHLD 的更多细节

     

    僵尸进程

    何为僵尸进程?

    一个进程使用fork创建子进程,如果子进程退出,而父进程并没有调用 wait 或 waitpid 
    获取子进程的状态信息,那么子进程的进程描述符仍然保存在系统中。这种进程称之为僵尸进程

    成为僵尸进程的因素

    1. 子进程 先于 父进程退出;
    2. 子进程的状态信息,没有被父进程回收;

    那么问题来了,子进程退出了,父进程怎么知道呢?

    对该机制有稍微了解的话,不难得知一个关键因素:SIGCHLD。正是这个SIGCHLD起到了通知的作用,所以后面的处理也是基于它而实现。

    僵尸进程处理方案

    1. 父进程捕获 SIGCHLD 信号,则显示调用 wait 或 waitpid
    2. 父进程直接忽略该信号。signal(SIGCHLD, SIG_IGN),这样子进程直接会退出。

      需要注意的是,虽然进程对于 `SIGCHLD`的默认动作是忽略,但是还是显示写出来,才能有效;
    3. 把父进程杀了,子进程直接过继给 init,由 init伺候着。
      不用担心 init会挂着一堆僵尸, init本身的设计就有专门回收的处理,所以有多少回收多少;

    SIGCHLD 还能干嘛

    刚才我们在处理到父子进程相关的问题时,多多少少接触到SIGCHLD, 那么,只有在回收子进程的时候才需要用到么?感觉好浪费不是么?

    别担心 ~ 这个作用肯定是不止这样的!

    其实对于SIGCHLD,我们一般的理解是,子进程退出发送的信号,但其实不是的,这个信号代表的含义是:

    子进程状态变更了,例如停止、继续、退出等,都会发送这个信号通知父进程。而父进程就能通过 wait/waitpid 来获悉这些状态了。

    看起来有点意思,我们仿佛能借此做些有趣的事情了。

    wait / waitpid 相关知识

    #include <sys/wait.h>
    pid_t wait(int * statloc);
    pid_t waitpid(pid_t pid,int *statloc,int options);

    wait相对来说会常用点,因为不需要指定 pid,而waitpid就在一些需要指定特定pid时才会比较常见,那么它们之间的关系就真的是只是这样么?

    其实wait是对waitpid的封装,专门用来回收子进程退出的信息,同样的,它简单粗暴的设置成了堵塞方式,如果没有任何子进程退出,那么就堵塞住。

    waitpid功能非常强大,pidoptions都提供了非常灵活的用法:

        pid:
             < -1: 取该 pid 的绝对值,如果任何子进程的进程组ID等于该值,则该进程组的任一子进程中的进程状态发生变化,都会触发`waitpid`的回调;
            == -1: 监听范围扩大到任意子进程,也就是 wait(status);
            ==  0: 监听进程组ID和父进程一样的子进程;
             >  0: 监听该pid的子进程;
    
        options:
            WNOHANG: 调用时,指定的 pid 仍未结束运行,则 wait 立即返回 0;
            WUNTRACED: 当子进程被暂停时,则立即返回子进程的 pid;
            WCONTINUED: 当被暂停的子进程,又被信号恢复时,则立即返回子进程的pid;

    而下面这些宏,将搭配status一起使用:

    WIFEXITED(status): 当子进程调用 exit、_exit或者正常从 main 返回等正常结束时,返回 true 
        --> WEXITSTATUS(status): 获取上面的 exit_code
            
    WIFSIGNALED(status): 当子进程被信号杀死时,返回 true;
        --> WTERMSIG(status): 获取信号的值(int)
    
    WIFSTOPPED(status): 当自己弄成被信号暂停执行时,返回 true;
        --> WSTOPSIG(status): 获取该信号的值
    
    WIFCONTINUED(status): 子进程接收到SIGCONT信号继续执行时,返回 true

    最小实践

    我们来个最小的 demo 来说明上面的怎么用:

    #include<stdio.h>
    #include<string.h>
    #include<signal.h>
    #include<stdlib.h>
    #include<sys/wait.h>
    #include<unistd.h>
    int main(){
        int pid;
        if((pid = fork()) == 0){
            while(1){
                printf("Child: %d\n", getpid());
                sleep(1);
            }
        }
        else{
            int status;
            pid_t w;
            while(1){
                // 希望堵塞,所以没用 WNOHANG
                w = waitpid(pid, &status,WCONTINUED | WUNTRACED);
                if(WIFEXITED(status)){
                    printf("子进程正常退出,状态码: %d\n", WEXITSTATUS(status));
                    exit(0);
                } else if(WIFSIGNALED(status)){
                    printf("子进程被信号杀死了! 信号值: %d\n", WTERMSIG(status));
                    exit(0);
                } else if(WIFSTOPPED(status)){
                    printf("子进程被信号暂停了! 信号值: %d\n", WSTOPSIG(status));
                } else if(WIFCONTINUED(status)){
                    printf("子进程又恢复继续运行了\n");
                }
            }
        }
    }

    终端输出:

    Child: 10848
    Child: 10848                    # 子进程的 pid
    
    子进程被信号暂停了!信号值:21       # kill -SIGTTIN 10848
    子进程又恢复继续运行了                # kill -SIGTTIN 10848
    ...
    子进程被信号暂停了! 信号值: 19      # kill -SIGSTOP 10848
    子进程又恢复继续运行了                # kill -SIGTTIN 10848   
    ...
    子进程被信号杀死了! 信号值: 15      # kill -SIGTERM 10848    
    
    如果自己在子进程上面加个退出,就会打印:正常退出了   

    结语

    在上面的实验中,我们已经发现通过SIGCHLD除了用来回收子进程,还能获悉子进程的状态!

    在操作系统上,也有很多利用这个在工作的,例如:后台进程,如果向标准输入读取内容时,是会被暂停的

    clipboard.png
    clipboard.png

    为什么呢?

    因为后台进程,是和终端断开连接的,当它从标准输入读取内容时,终端的驱动程序会发现这个操作,会发一个 SIGTTIN 给后台进程,让其暂停,并且通知用户,只有用户通过 fg 命令将其转换成 前台进程时,才能继续工作

    clipboard.png

    正是有这样的一套机制,所以我们也能做出很多比较实在的东西了~

     

    原文:

    https://segmentfault.com/a/1190000015060304?utm_source=tag-newest

    https://blog.csdn.net/small_qch/article/details/21233977

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