十、C++速通秘籍—多进程

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九、C++速通秘籍—类和函数-CSDN博客

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cpp/processEx.cpp · CuiQingCheng/cppstudy - 码云 - 开源中国

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本章节代码
一、引言
深入分析多进程：从原理到跨平台实践
二、明白高并行/高并发，解锁高性能体系的密钥
三、进程与进程状态切换：进程生命周期的蜕变
1、进程的定义
1.1、一个可执行文件与进程的关系
2、进程状态
进程常见的状态分别：
状态切换
四、多进程在 Linux 和 Windows 体系中的实现与进程间通信
1、Linux 体系
1.1、常见实现方式在 Linux 中，创建新进程最常用的方式是利用
1.2、常见利用场景：
2、windows体系
3、进程间通信（5种）
五、进程的特殊用法
1、保卫进程：配景运行的冷静保卫者
1.1、原理
1.2、Linux 体系
Linux 实现示例
1.3、Windows 实现示例
2、唯一进程
六、总结
下一章节

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一、引言

深入分析多进程：从原理到跨平台实践

        在软件开发的弘大版图中，多进程技术犹如一座桥梁，横跨在提升体系性能与处置惩罚复杂任务的两岸。无论是高并发的服务器场景，还是对资源进行高效管理的桌面应用，多进程都扮演着不可或缺的角色。本文从多进程实现高并发的原理出发，逐步探索多进程在 Linux 和 Windows 体系下的运作机制。

二、明白高并行/高并发，解锁高性能体系的密钥

在讲解多进程之前，先让我们明白“什么是并行？什么是并发？并了解二者的区别”
并行的前提是多核CPU，指的是多个任务同时在多个核心上同时执行。如下图：

并发执行是指体系可以或许同时处置惩罚多个任务，但这些任务并不一定在同一时候执行，而是通过快速切换来模仿同时执行的效果。

多进程正是利用了并发和并行的上风来实现高并发。以 Web 服务器为例，当大量用户同时访问网站时，服务器可以为每个哀求创建一个新的进程来处置惩罚。在单核 CPU 环境下，操纵体系通过快速切换这些进程，使得它们看起来像是在同时执行。而在多核 CPU 环境下，差别的进程可以被分配到差别的核心上并行执行，大大提高了体系的吞吐量。
三、进程与进程状态切换：进程生命周期的蜕变

1、进程的定义

        进程是操纵体系进行资源分配和调度的根本单位。简单来说，进程包罗了正在运行的程序的代码、数据以及执行上下文等信息。
1.1、一个可执行文件与进程的关系

        一个可执行文件（程序/软件）可以对应多个进程，也可以只对应一个进程，这取决于程序的设计和利用方式。一个可执行文件最少要有一个进程。
        当你多次启动同一个可执行文件时，操纵体系会为每次启动创建一个新的进程。例如，你可以同时打开多个记事本程序（假设记事本程序的可执行文件是notepad.exe），每个记事本窗口都对应一个独立的进程。这些进程固然都源自同一个可执行文件，但它们在内存中是相互独立的，拥有各自的内存空间和执行上下文，彼此之间互不干扰。另外，有些程序在设计上会主动创建多个进程来完成差别的任务。例如，浏览器通常会为每个标签页创建一个独立的进程，如许可以提高浏览器的稳定性和性能。当一个标签页瓦解时，不会影响其他标签页的正常运行。
2、进程状态

进程在整个执行周期中存在多种状态；
进程常见的状态分别：

1、停当（Ready）：进程已经准备好执行，等待CPU调度。就像运动员已经站在起跑线上，等待发令枪响；
2、运行（Running）：进程正在CPU上执行。这是进程最活泼的阶段，犹如运动员正在尽力奔跑；
3、阻塞（Blocked）：进程因等待某个变乱（如 I/O 操纵完成、信号量获取等）而暂时无法执行。比如运动员在比赛中等待接力棒。
4、制止（Terminated）：进程已经完成执行或因异常而制止。就好像运动员完成了末了冲刺。
状态切换

        进程状态的切换由操纵体系内核负责。当一个运行状态的进程需要等待 I/O 操纵完成时，内核会将其状态切换为阻塞状态，并将 CPU 资源分配给其他停当状态的进程。当 I/O 操纵完成后，内核会将该进程的状态切换为停当状态，等待再次调度。在抢占式调度体系中，内核还会根据进程的优先级，在符合的机遇将运行状态的进程切换为停当状态，以便让优先级更高的进程得到 CPU 资源。
下面是一个设置进程优先级的代码，基于Windows体系：

1. /**
2. *  多进程实践，这里是在windows系统下
3. */
5. #include <iostream>
6. #include <windows.h>
8. int main() {
9.     // 获取当前进程的句柄
10.     HANDLE hProcess = GetCurrentProcess();
12.     // 设置进程优先级为高
13.     if (SetPriorityClass(hProcess, HIGH_PRIORITY_CLASS)) {
14.         std::cout << "Process priority has been set to high." << std::endl;
15.     } else {
16.         // 获取错误代码
17.         DWORD errorCode = GetLastError();
18.         std::cerr << "Failed to set process priority. Error code: " << errorCode << std::endl;
19.         return 1;
20.     }
22.     // 这里可以添加其他需要执行的任务代码
23.     return 0;
24. }   

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四、多进程在 Linux 和 Windows 体系中的实现与进程间通信

1、Linux 体系

1.1、常见实现方式在 Linux 中，创建新进程最常用的方式是利用

fork()函数。
fork()函数会创建一个与父进程几乎完全相同的子进程，子进程会继承父进程的大部分资源，包罗文件描述符、环境变量等。下面是一个简单的示例：

1. #include <stdio.h>
2. #include <unistd.h>
4. int main() {
5.     pid_t pid;
6.     pid_t pid2;
8.     // 获取当前父进程Id
9.     pid = getpid();
10.     printf("before fork: pid = %d\n",pid);//fork之前获取当前进程的pid
11.     pid_t retFork = fork(); // 创建子进程
12.     pid2 = getpid();
13.     if (retFork == -1) {
14.         perror("fork failed"); // 子进程创建失败
15.         return -1;
16.     } else if (pid != pid2) {
17.         // 子进程
18.         printf("I am the child process. My PID is %d\n", getpid());
19.     } else {
20.         // 父进程
21.         printf("I am the parent process. My PID is %d\n", getpid());
22.     }
23.     return 0;
24. }

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1.2、常见利用场景：

一个父进程盼望复制本身，使父、子进程同时执行差别的代码段。这在网络服务进程中是常见的——父进程等待客户端的服务哀求。当这种哀求到达时，父进程调用fork，使子进程处置惩罚此哀求。父进程则继续等待下一个服务哀求到达。
代码示例：

1. #include <stdio.h>
2. #include <sys/types.h>
3. #include <unistd.h>
5. int main()
6. {
7.     pid_t pid;
8.     int data;
10.     while(1)
11.     {
12.          {// 此处可以改成监听网络中信号或者外部请求
13.              printf("please input a data\n");//父进程一直等待客户的消息
14.              scanf("%d",&data);   
15.          }
17.          if(data == 1)//收到数据为1就创建一个子进程来处理客户的消息，父进程继续等待其他客户的消息
18.          {
19.              pid = fork();
20.              if(0 == pid)//在子进程里处理
21.              {
22.                  while(1)//这里假设子进程处理时间比较长
23.                  {
24.                           printf("do net request,pid = %d\n",getpid());//子进程打印自己的pid
25.                           sleep(3);//延时一会
26.                  }
27.              }
28.          }
29.          else
30.          {
31.                printf("wait,do nothing\n");//收到的数据不是1则继续等待
32.          }
33.      }
34.     return 0;
35. }

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2、windows体系

        在 Windows 中，创建新进程利用CreateProcess()函数。该函数不仅可以创建新进程，还可以指定新进程的启动参数、安全属性等。下面是一个简单的示例：

1. #include <windows.h>
2. #include <stdio.h>
4. int main() {
5.         // 创建进程
6.         STARTUPINFO si;
7.         PROCESS_INFORMATION pi;
8.         ZeroMemory(&si, sizeof(si));
9.         si.cb = sizeof(si);
10.         ZeroMemory(&pi, sizeof(pi));
11.    
12.         if (!CreateProcess(
13.             NULL,
14.             TEXT("processEx.exe"), // 调用可执行程序
15.             NULL,
16.             NULL,
17.             FALSE,
18.             0,
19.             NULL,
20.             NULL,
21.             &si,
22.             &pi))
23.         {
24.             printf("CreateProcess failed: %d\n", GetLastError());
25.             return 1;
26.         }else{
27.             printf("CreateProcess succeed: %d\n", pi.dwProcessId);
28.         }
29.         // 等待子进程结束
30.         // WaitForSingleObject(pi.hProcess, INFINITE);
32.         CloseHandle(pi.hProcess);
33.         CloseHandle(pi.hThread);
34.     return 0;
35. }

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3、进程间通信（5种）

管道（Pipe）：管道是一种半双工的通信方式，数据只能单向活动，有匿名管道/定名管道之分，匿名管道用于有亲缘关系的进程，定名管道可用于恣意进程。匿名管道通常用于父子进程之间的通信。匿名管道利用pipe()函数创建，定名管道利用mkfifo()函数创建。用于简单数据通报，且实时性高的场景。
消息队列（Message Queue）：以消息链表情势存在于内核中，可降服信号通报信息少、管道数据无格式和缓冲区受限等标题。一样平常用于多对多进程间通信，并且对实时性要求不高的异步场景下。例如，一个日志记载进程和多个业务进程之间的通信，业务进程将日志信息发送到消息队列，日志记载进程从队列中取出消息并进行记载（该方式是linux体系中独有的）。
共享内存（Shared Memory）：共享内存允许差别进程访问同一块物理内存，无需数据复制，是最快的 IPC 方式，但需要同步和互斥操纵。通过shmget()、shmat()等函数实现。一样平常用于多个进程需要频繁共享大量数据，例如数据库体系中多个进程共享数据库索引信息，对实时性要求较高的应用，如视频处置惩罚、音频处置惩罚等，共享内存可以淘汰数据传输的延迟。
信号量（Semaphore）：信号量用于实现进程间的同步和互斥。在 Linux 中，可以利用semget()、semop()等函数操纵信号量。适用于进程间资源互斥，以及进程同步，用于协调多个进程的执行顺序，确保一个进程在另一个进程完成某个操纵后再继续执行。
前面四个都在一个主机上的操纵。
套接字（Socket）：可用于差别主机之间的进程通信，也可用于同一主机上的进程通信，支持多种协议。网络通信中服务器和客户端之间的通信，分布式体系中各个节点间通信；
五、进程的特殊用法

1、保卫进程：配景运行的冷静保卫者

1.1、原理

        保卫进程是一种在配景运行的特殊进程，它独立于控制终端，通常在体系启动时主动启动，并一直运行直到体系关闭。保卫进程的重要作用是执行一些需要恒久运行的任务，如体系日志记载、定时任务执行等。
1.2、Linux 体系

创建保卫进程通常需要以下步骤：
（1）、利用fork()函数创建一个子进程，然后父进程退出，如许可以使子进程脱离控制终端。
（2）、利用setsid()函数创建一个新的会话，使子进程成为新会话的领导者，从而脱离原有的控制终端。
（3）、改变当前工作目录为根目录，防止占用其他文件体系。
（4）、重设文件权限掩码，防止继承的文件权限影响保卫进程的运行。
（5）、关闭不需要的文件描述符，防止资源泄漏。
Linux 实现示例

1. #include <stdio.h>
2. #include <stdlib.h>
3. #include <unistd.h>
4. #include <sys/types.h>
5. #include <sys/stat.h>
6. #include <fcntl.h>
8. int main() {
9.     pid_t pid = fork();
10.     if (pid == -1) {
11.         perror("fork");
12.         return 1;
13.     } else if (pid != 0) {
14.         // 父进程退出
15.         exit(0);
16.     }
18.     // 创建新会话
19.     if (setsid() == -1) {
20.         perror("setsid");
21.         return 1;
22.     }
24.     // 改变工作目录
25.     if (chdir("/") == -1) {
26.         perror("chdir");
27.         return 1;
28.     }
30.     // 重设文件权限掩码
31.     umask(0);
33.     // 关闭标准输入、输出和错误输出
34.     close(STDIN_FILENO);
35.     close(STDOUT_FILENO);
36.     close(STDERR_FILENO);
38.     // 守护进程主体，例如记录系统日志
39.     while (1) {
40.         // 模拟日志记录
41.         int fd = open("/var/log/daemon.log", O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0644);
42.         if (fd != -1) {
43.             write(fd, "Daemon is running\n", 16);
44.             close(fd);
45.         }
46.         sleep(10);
47.     }
49.     return 0;
50. }

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1.3、Windows 实现示例

在 Windows 中，可以利用服务来实现类似保卫进程的功能。下面是一个简单的服务示例：

1. #include <windows.h>
2. #include <stdio.h>
4. SERVICE_STATUS serviceStatus;
5. SERVICE_STATUS_HANDLE serviceStatusHandle;
7. VOID WINAPI ServiceMain(DWORD argc, LPTSTR *argv);
8. VOID WINAPI ServiceCtrlHandler(DWORD fdwControl);
10. int main(int argc, char **argv) {
11.     SERVICE_TABLE_ENTRY serviceTable[] = {
12.         {TEXT("MyService"), ServiceMain},
13.         {NULL, NULL}
14.     };
15.     if (!StartServiceCtrlDispatcher(serviceTable)) {
16.         printf("StartServiceCtrlDispatcher failed: %d\n", GetLastError());
17.     }
18.     return 0;
19. }
21. VOID WINAPI ServiceMain(DWORD argc, LPTSTR *argv) {
22.     serviceStatus.dwServiceType = SERVICE_WIN32_OWN_PROCESS;
23.     serviceStatus.dwCurrentState = SERVICE_START_PENDING;
24.     serviceStatus.dwControlsAccepted = SERVICE_ACCEPT_STOP;
25.     serviceStatus.dwWin32ExitCode = 0;
26.     serviceStatus.dwServiceSpecificExitCode = 0;
27.     serviceStatus.dwCheckPoint = 0;
28.     serviceStatus.dwWaitHint = 0;
30.     serviceStatusHandle = RegisterServiceCtrlHandler(TEXT("MyService"), ServiceCtrlHandler);
31.     if (serviceStatusHandle == NULL) {
32.         return;
33.     }
35.     // 标记服务已启动
36.     serviceStatus.dwCurrentState = SERVICE_RUNNING;
37.     SetServiceStatus(serviceStatusHandle, &serviceStatus);
39.     // 服务主体，例如记录系统日志
40.     while (serviceStatus.dwCurrentState == SERVICE_RUNNING) {
41.         // 模拟日志记录
42.         FILE *fp = fopen("C:\\Logs\\ServiceLog.txt", "a");
43.         if (fp != NULL) {
44.             fprintf(fp, "Service is running\n");
45.             fclose(fp);
46.         }
47.         Sleep(10000);
48.     }
49. }
51. VOID WINAPI ServiceCtrlHandler(DWORD fdwControl) {
52.     switch (fdwControl) {
53.         case SERVICE_CONTROL_STOP:
54.             serviceStatus.dwCurrentState = SERVICE_STOP_PENDING;
55.             SetServiceStatus(serviceStatusHandle, &serviceStatus);
57.             // 执行清理操作
58.             serviceStatus.dwCurrentState = SERVICE_STOPPED;
59.             SetServiceStatus(serviceStatusHandle, &serviceStatus);
60.             break;
61.         default:
62.             break;
63.     }
64. }

复制代码

2、唯一进程

这里用来制止在一台设备上进程多开。
六、总结

        多进程技术作为操纵体系和软件开发的核心技术之一，为我们提供了强大的工具来构建高性能、高可靠性的应用程序。通过深入明白多进程的原理和跨平台实现，我们可以或许更好地应对复杂的业务需求，为用户提供更优质的服务。无论是 Linux 还是 Windows 体系，多进程技术都在不断演进，为软件的高效执行提供了强有力的基础。
下一章节

十一、C++速通秘籍—多线程-CSDN博客

https://blog.csdn.net/weixin_36323170/article/details/147055932?spm=1001.2014.3001.5501








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