作者：ouyangyewei
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1. 基礎(chǔ)知識準(zhǔn)備

1.1. linux后臺進程

Unix是一個多任務(wù)系統(tǒng)，允許多用戶同時運行多個程序。shell的元字符&提供了在后臺運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，該命令就會被送往到linux后臺執(zhí)行，而終端又可以繼續(xù)輸入下一個命令了。
比如：

sh a.sh &
sh b.sh &
sh c.sh &

這三個命令就會被同時送往linux后臺執(zhí)行，在這個程度上，認為這三個命令并發(fā)執(zhí)行了。

1.2. linux文件描述符

文件描述符（縮寫fd）在形式上是一個非負整數(shù)。實際上，它是一個索引值，指向內(nèi)核為每一個進程所維護的該進程打開文件的記錄表。當(dāng)程序打開一個現(xiàn)有文件或者創(chuàng)建一個新文件時，內(nèi)核向進程返回一個文件描述符。每一個unix進程，都會擁有三個標(biāo)準(zhǔn)的文件描述符，來對應(yīng)三種不同的流：

每一個文件描述符會對應(yīng)一個打開文件，同時，不同的文件描述符也可以對應(yīng)同一個打開文件；同一個文件可以被不同的進程打開，也可以被同一個進程多次打開。

在/proc/PID/fd中，列舉了進程PID所擁有的文件描述符，例如

#!/bin/bash
source /etc/profile;

# $$表示當(dāng)前進程的PID
PID=$$

# 查看當(dāng)前進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進行綁定
( [ -e ./tempfd1 ] || touch ./tempfd1 ) && exec 1<>./tempfd1

# 查看當(dāng)前進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，管道是一個由標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出鏈接起來的進程集合，因此，每一個進程的輸出將直接作為下一個進程的輸入，

linux管道包含兩種：

• 匿名管道
• 命名管道

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

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普通的，匿名的，打開的文件描述符：一個只讀端和一個只寫端，這就讓其它進程無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)建了兩個進程來分別執(zhí)行cat和less。下圖展示了這兩個進程是如何使用管道的：

unix_unnamed_pipe

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

命名管道也稱FIFO，從語義上來講，F(xiàn)IFO其實與匿名管道類似，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；
• 任何進程都可以通過FIFO共享數(shù)據(jù)；
• 除非FIFO兩端同時有讀與寫的進程，否則FIFO的數(shù)據(jù)流通將會阻塞；
• 匿名管道是由shell自動創(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實現(xiàn)單服務(wù)器、多客戶端的應(yīng)用程序:

unix_named_pipe

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

2. linux多進程并發(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，那么需要時間：5 * 365 = 1825 分鐘，約等于 6 天
• 如果是一次性放到linux后臺并發(fā)執(zhí)行，365個后臺任務(wù)，系統(tǒng)可承受不住哦！

既然不能一次性把365個任務(wù)放到linux后臺執(zhí)行，那么，能不能實現(xiàn)自動地每次將N個任務(wù)放到后臺并發(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           # 開始時間
end_date=$2             # 結(jié)束時間

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€參數(shù)，等于2015-01-01
  • $2表示腳本入?yún)⒌牡诙€參數(shù)，等于2015-12-01
  • $#表示腳本入?yún)⒌膫€數(shù)，等于2
  • 第13行用于比較傳入的兩個日期的大小，\>是轉(zhuǎn)義
• 第26行：表示在腳本運行過程中，如果接收到Ctrl+C中斷命令，則關(guān)閉文件描述符1000的讀寫，并正常退出
  • exec 1000>&-;表示關(guān)閉文件描述符1000的寫
  • exec 1000<&-;表示關(guān)閉文件描述符1000的讀
  • trap是捕獲中斷命令
• 第27～29行：
  • 第27行，創(chuàng)建一個管道文件
  • 第28行，將文件描述符1000與FIFO進行綁定，<讀的綁定，>寫的綁定，<>則標(biāo)識對文件描述符1000的所有操作等同于對管道文件$tempfifo的操作
  • 第29行，可能會有這樣的疑問：為什么不直接使用管道文件呢？事實上這并非多此一舉，管道的一個重要特性，就是讀寫必須同時存在，缺失某一個操作，另一個操作就是滯留，而第28行的綁定文件描述符（讀、寫綁定）正好解決了這個問題
• 第31～34行：對文件描述符1000進行寫入操作。通過循環(huán)寫入8個空行，這個8就是我們要定義的后臺并發(fā)的線程數(shù)。為什么是寫空行而不是寫其它字符？因為管道文件的讀取，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空行；每次讀取管道就會減少一個空行
  • 第39～41行，注意到第42行結(jié)尾的&嗎？它表示進程放到linux后臺中執(zhí)行
  • 第41行，執(zhí)行完后臺任務(wù)之后，往文件描述符1000中寫入一個空行。這是關(guān)鍵所在了，由于read -u1000每次操作，都會導(dǎo)致管道減少一個空行，當(dāng)linux后臺放入了8個任務(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。

3. 參考資料

• Unix Power Tools
• UNIX系統(tǒng)編程手冊
• UNIX管道：https://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%AE%A1%E9%81%93_(Unix)