【Linux】(32)详解命名管道 | 日志管理 | 进程池2.0
目录
1. 介绍
2. 理解
3.运用
3.1 简易通信
makefile
comm.hpp
server.cc （服务端，读取显示）
client.cc (客户端，写入）
3.2 日志
log.hpp
1. 定义日志级别
2. 实现日志函数
可变参数
3. 日志输出管理
3.3 进程池 2.0
channel.hpp
tasks.hpp
main.cc
🏷️ 解释
1. 介绍
具有血缘关系的进程进行进程间通信，是匿名管道，如果毫不相关的进程进行通信呢？命名管道 mkfifo
eg. echo 和 cat 的实现，就是一种命名
🎢mkfifo() 函数
mkfifo() 函数用于创建一个FIFO（First In First Out）或者称为命名管道，它允许进程之间进行通信。下面是关于 mkfifo() 函数的详细介绍：man mkfifo
函数原型
#include
#include
int mkfifo(const char *pathname, mode_t mode); pathname：要创建的命名管道的路径名。mode：创建命名管道时设置的权限模式，通常以 8 进制表示，比如 0666。
返回值
- 若成功，返回值为 0；若失败，返回值为 -1，并设置errno来指示错误类型。
功能
mkfifo() 函数的作用是在文件系统中创建一个特殊类型的文件，该文件在外观上类似于普通文件，但实际上是一个FIFO，用于进程之间的通信。这种通信方式是单向的，即数据写入FIFO的一端，可以从另一端读取出来，按照先进先出的顺序。
🎢创建命名管道
std::string fifoPath = "/tmp/my_named_pipe"; // 命名管道的路径名
mkfifo(fifoPath.c_str(), 0666); // 创建权限为0666的命名管道🏷️注意事项
- 路径名：确保要创建的命名管道路径名合法且没有重复。
- 权限模式：根据实际需求设置合适的权限模式，确保可被需要访问该管道的进程所访问。
- 错误处理：对
mkfifo()函数的返回值进行适当的错误处理，根据具体的错误原因进行相应的处理和日志记录。
创建命名管道并处理错误的示例
#include
#include
#include
#include
#include
int main() {
std::string fifoPath = "/tmp/my_named_pipe"; // 命名管道的路径名
// 尝试创建命名管道
if (mkfifo(fifoPath.c_str(), 0666) == -1) {
// 检查错误类型
if (errno == EEXIST) {
std::cerr << "Named pipe already exists" << std::endl;
} else {
// 输出错误信息
perror("Error creating named pipe");
}
} else {
std::cout << "Named pipe created successfully" << std::endl;
}
return 0;
} 使用命名管道进行读写操作
在open后，可以通过 read() 或 write() 函数对其进行读写操作。
关闭命名管道
关闭命名管道是确保在进程使用完毕后释放相关资源的重要步骤。
#include
#include
#include
#include
int main() {
int fd = open("/tmp/my_named_pipe", O_RDONLY); // 以只读方式打开命名管道
// 进行读取操作...
// 关闭命名管道
if (close(fd) == -1) {
perror("Error closing named pipe");
} else {
std::cout << "Named pipe closed successfully" << std::endl;
}
return 0;
} 注意事项
- 关闭顺序：如果有多个文件描述符指向同一个命名管道，需要依次关闭这些文件描述符，直到所有相关资源都得到释放。
通信方式
- 单向通信：命名管道提供单向通信方式，一个进程写入，另一个进程读取。
- 持久性：命名管道以文件形式存在于文件系统中，即使创建进程终止，管道仍然存在。
- 阻塞和非阻塞：可以选择阻塞或非阻塞模式进行通信。
用法示例
进程 A 写入数据到命名管道
int fd = open("/tmp/my_named_pipe", O_WRONLY); // 以只写方式打开命名管道
write(fd, "Hello, named pipe!", 18); // 向管道中写入数据
close(fd); // 关闭命名管道进程 B 从命名管道读取数据
int fd = open("/tmp/my_named_pipe", O_RDONLY); // 以只读方式打开命名管道
char buffer[50];
read(fd, buffer, 50); // 从管道中读取数据
close(fd); // 关闭命名管道2. 理解
对创建的文件，进行只读/只写的 open
- 如果两个不同的进程，打开同一个文件的时候，在内核中，操作系统会维持几份呢？一份
还是这样的：
管道是文件缓冲区，不要进行刷盘！所以就有了内存级文件的存在
- 怎么打开同一个文件？为什么要打开同一个文件？
同路径下同一个文件名=路径+文件名 因为唯一性，就可以保证看到同一份资源了
3.运用
3.1 简易通信
makefile
.PHONY:all
all:server client
server:server.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
client:client.cc
g++ -o $@ $^ -g -std=c++11
.PHONY:clean
clean:
rm -f server client.PHONY:all：这行声明all是一个伪目标。即使文件系统中存在一个名为all的文件，make all命令也会执行与all相关的规则，而不是认为目标已经是最新的。all:server client：这行定义了all伪目标的依赖，即server和client。当运行make all时，Makefile 会首先尝试构建server和client目标。
comm.hpp
#ifndef COMM_HPP
#define COMM_HPP
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define FIFO_FILE "/tmp/my_fifo"
#define FIFO_OPEN_ERR 1
#endif // COMM_HPP server.cc （服务端，读取显示）
#include
#include "comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
// 创建命名管道文件
if (mkfifo(FIFO_FILE, 0666) == -1)
{
if (errno != EEXIST)
{
perror("mkfifo");
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
}
// 打开管道
int fd = open(FIFO_FILE, O_RDONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open");
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
cout << "Server open file done" << endl;
// 开始通信
while (true)
{
char buffer[1024] = {0};
int x = read(fd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (x > 0)
{
buffer[x] = 0;
cout << "Client says: " << buffer << endl;
}
else if (x == 0)
{
cout << "Client quit, server will also quit." << endl;
break;
}
else
{
perror("read");
break;
}
}
close(fd);
return 0;
} 批注：
- 要等待写入方打开之后，自己才会打开文件，向后执行
client.cc (客户端，写入）
#include
#include "comm.hpp"
using namespace std;
int main()
{
// 打开管道
int fd = open(FIFO_FILE, O_WRONLY);
if (fd < 0)
{
perror("open");
exit(FIFO_OPEN_ERR);
}
cout << "Client open file done" << endl;
string line;
while (true)
{
cout << "Please Enter: ";
getline(cin, line);
if (!line.empty())
{
write(fd, line.c_str(), line.size());
}
}
close(fd);
return 0;
} write(fd, line.c_str(), line.size()); //将其字符流化打开两个窗口，运行测试如下，成功~
接下来我们将来学习将错误日志化
3.2 日志
- 日志时间
- 日志等级
- Info：常规消息
- Warning：报错信息
- Error：必要严重了，可能需要立即处理
- Fatal：致命的
- Debug：调试
3.日志内容
4.文件的名称和行号
实现一个简单的日志函数，在自己的代码中慢慢的引入日志
log.hpp
为了实现上述日志系统，我们可以按照以下步骤进行：
- 定义日志级别：定义常见的日志级别，如
Info、Warning、Error、Fatal、Debug。 - 实现日志函数：使用可变参数实现一个通用的日志函数，该函数能够记录不同级别的日志信息，并且包含时间戳、文件名和行号等信息。
- 日志输出管理：实现日志的输出方式，如输出到控制台或文件，支持按日志级别分类输出。
- 封装日志接口：提供一个简洁的接口，方便在代码中随时记录日志。
以下是代码实现示例：
1. 定义日志级别
在 log.hpp 中定义日志级别的枚举类型，并实现日志级别到字符串的映射。
// log.hpp
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
enum LogLevel {
Info,
Warning,
Error,
Fatal,
Debug
};
inline std::string levelToString(LogLevel level) {
switch (level) {
case Info: return "INFO";
case Warning: return "WARNING";
case Error: return "ERROR";
case Fatal: return "FATAL";
case Debug: return "DEBUG";
default: return "UNKNOWN";
}
} 2. 实现日志函数
使用可变参数实现一个通用的日志函数 logMessage，能够记录日志级别、时间戳、文件名、行号，以及用户自定义的日志内容。
// log.hpp
#define SIZE 1024
void logMessage(LogLevel level, const char *filename, int line, const char *format, ...) {
time_t t = time(nullptr);
struct tm *ctime = localtime(&t);
char leftbuffer[SIZE];
snprintf(leftbuffer, sizeof(leftbuffer), "[%s][%d-%02d-%02d %02d:%02d:%02d][%s:%d]",
levelToString(level).c_str(),
ctime->tm_year + 1900, ctime->tm_mon + 1, ctime->tm_mday,
ctime->tm_hour, ctime->tm_min, ctime->tm_sec,
filename, line);
char rightbuffer[SIZE];
va_list args;
va_start(args, format);
vsnprintf(rightbuffer, sizeof(rightbuffer), format, args);
va_end(args);
char logtxt[SIZE * 2];
snprintf(logtxt, sizeof(logtxt), "%s %s
", leftbuffer, rightbuffer);
printLog(level, logtxt);
}可变参数
int sum(int n,...) //之后会从右向左入栈
{
va_list s;//char *
va_start(s,n);//s=&n+1
}sum函数是一个示例，它是一个可变参数函数，可以接受任意数量的整数参数，并返回它们的和。va_list类型用于遍历这些参数。
在sum函数中：
int sum(int n,...)：声明了一个可变参数函数，它接受一个整数n和任意数量的整数参数。va_list s;：声明了一个va_list类型的变量s，用于遍历可变参数列表。va_start(s, n);：初始化va_list变量s，将可变参数列表的起始地址指向n之后的第一个参数。va_end(s);：清理va_list变量s，准备释放它占用的内存。
可变参数函数是C语言中非常强大的特性，它可以使代码更加通用和灵活。
// sum 函数的实例化
int sum(int n, ...) {
va_list s;
va_start(s, n);
int result = 0;
for (int i = 0; i <= n; i++) {
result += va_arg(s, int);
}
va_end(s);
return result;
}
// 示例使用 sum 函数
int main() {
int sumResult = sum(3, 1, 2, 3);
printf("The sum of the numbers is: %d
", sumResult);
return 0;
}在这个例子中，定义了一个sum函数，它接受一个整数n和任意数量的整数参数。调用sum(3, 1, 2, 3)来实例化这个函数，它将计算1 + 2 + 3的和，并打印结果。
注意：sum函数的参数n是可选的，如果省略，则默认值为0，意味着它将接受任意数量的整数参数。在这个例子中，n的值为第一个数 3。
3. 日志输出管理
如何实现对多个日志分门别类的管理？
用'std::string _logname = path + logname' 都放到 log 中，实现管理
实现日志输出到控制台或文件的功能，支持按日志级别分类输出。
// log.hpp
enum PrintMethod {
Screen,
Onefile,
Classfile
};
PrintMethod printMethod = Screen;
std::string path = "./";
std::string LogFile = "log.txt";
void printLog(LogLevel level, const std::string &logtxt) {
switch (printMethod) {
case Screen:
std::cout << logtxt;
break;
case Onefile:
printOneFile(LogFile, logtxt);
break;
case Classfile:
printClassFile(level, logtxt);
break;
default:
break;
}
}
void printOneFile(const std::string &logname, const std::string &logtxt) {
std::string _logname = path + logname;
int fd = open(_logname.c_str(), O_WRONLY | O_CREAT | O_APPEND, 0666);
if (fd < 0) return;
write(fd, logtxt.c_str(), logtxt.size());
close(fd);
}
void printClassFile(LogLevel level, const std::string &logtxt) {
std::string filename = LogFile;
filename += ".";
filename += levelToString(level); // "log.txt.Debug/Warning/Fatal"
printOneFile(filename, logtxt);
}4. 封装日志接口
定义一个简洁的宏 LOG，方便在代码中使用日志功能。
// log.hpp
#define LOG(level, format, ...) logMessage(level, __FILE__, __LINE__, format, ##__VA_ARGS__)5. 使用日志系统
在代码中可以使用 LOG 宏来记录日志信息，示例如下：
// main.cpp
#include "log.hpp"
int main() {
LOG(Info, "Server started successfully.");
LOG(Warning, "This is a warning message.");
LOG(Error, "An error occurred: %s", "file not found");
LOG(Fatal, "Fatal error, shutting down...");
LOG(Debug, "Debugging info: variable x = %d", 42);
// 更改日志输出方式为按级别分类
printMethod = Classfile;
LOG(Info, "Server started successfully with classified logs.");
return 0;
}6. 管理多级别日志
通过在 printClassFile 中使用 log.txt.Debug, log.txt.Warning, log.txt.Fatal 等文件名，可以自动将不同级别的日志写入不同的文件中，方便后续查找和调试。
🎢 日志管理总结
通过这种方式实现的日志系统能够灵活地处理不同级别的日志，并支持输出到控制台或文件中。通过使用 LOG 宏，日志功能可以很方便地集成到代码中，提供有效的调试和运行时信息支持。
后续还可以不断扩展和完善，例如添加日志轮转、异步日志、网络日志等高级功能，以适应更复杂的应用场景。对于错误不用再 printf，可以直接查日志啦
3.3 进程池 2.0
命名管道，能不能也设计成我们上一篇文章讲的进程池的样子呢？
使用命名管道（FIFO）实现一个进程池可以通过以下步骤完成：
- 创建命名管道：使用
mkfifo创建两个命名管道，一个用于父进程向子进程发送任务，另一个用于子进程向父进程发送结果。 - 初始化进程池：创建子进程并为每个子进程分配命名管道。
- 父进程控制逻辑：父进程从标准输入获取任务，并通过命名管道将任务发送给子进程，然后读取子进程的结果。
- 子进程工作逻辑：子进程从命名管道读取任务，执行任务后将结果写回命名管道。
以下是使用命名管道实现进程池的代码：
channel.hpp
#pragma once
#include
#include
#include
#include
#include
#include
class channel {
public:
channel(const std::string &cmdfifo, const std::string &outfifo, int slaverid, const std::string &processname)
: _cmdfifo(cmdfifo), _outfifo(outfifo), _slaverid(slaverid), _processname(processname) {}
public:
std::string _cmdfifo; // 发送任务的命名管道
std::string _outfifo; // 接收结果的命名管道
pid_t _slaverid; // 子进程的PID
std::string _processname; // 子进程的名字 -- 方便我们打印日志
}; tasks.hpp
#pragma once
#include
#include
typedef void (*task_t)();
void task1() {
std::cout << "lol 刷新日志" << std::endl;
}
void task2() {
std::cout << "lol 更新野区，刷新出来野怪" << std::endl;
}
void task3() {
std::cout << "lol 检测软件是否更新,如果需要，就提示用户" << std::endl;
}
void task4() {
std::cout << "lol 用户释放技能，更新用的血量和蓝量" << std::endl;
}
void LoadTask(std::vector *tasks) {
tasks->push_back(task1);
tasks->push_back(task2);
tasks->push_back(task3);
tasks->push_back(task4);
} main.cc
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include "channel.hpp"
#include "tasks.hpp"
void slaver(const std::vector &tasks, const std::string &cmdfifo, const std::string &outfifo) {
int cmdfd = open(cmdfifo.c_str(), O_RDONLY);
int outfd = open(outfifo.c_str(), O_WRONLY);
while (true) {
int cmdcode = 0;
int n = read(cmdfd, &cmdcode, sizeof(int)); // 从命令管道读取命令码
if (n == sizeof(int)) {
// 使用 stringstream 重定向 std::cout 到一个字符串
std::ostringstream oss;
std::streambuf *oldCoutStreamBuf = std::cout.rdbuf();
std::cout.rdbuf(oss.rdbuf());
if (cmdcode >= 0 && cmdcode < tasks.size()) {
tasks[cmdcode]();
}
std::cout.rdbuf(oldCoutStreamBuf); // 恢复 std::cout 的重定向
std::string output = oss.str();
write(outfd, output.c_str(), output.size()); // 写到输出管道中
}
if (n == 0) break; // 父进程关闭写端，子进程退出
}
close(cmdfd);
close(outfd);
}
void InitProcessPool(std::vector *channels, const std::vector &tasks, int processnum) {
for (int i = 0; i < processnum; i++) {
std::string cmdfifo = "/tmp/cmdfifo_" + std::to_string(i);
std::string outfifo = "/tmp/outfifo_" + std::to_string(i);
mkfifo(cmdfifo.c_str(), 0666);
mkfifo(outfifo.c_str(), 0666);
pid_t id = fork();
if (id == 0) { // child process
slaver(tasks, cmdfifo, outfifo);
exit(0);
} else { // parent process
std::string name = "process-" + std::to_string(i);
channels->push_back(channel(cmdfifo, outfifo, id, name));
sleep(1);
}
}
}
void Menu() {
std::cout << "################################################" << std::endl;
std::cout << "# 1. 刷新日志 2. 刷新出来野怪 #" << std::endl;
std::cout << "# 3. 检测软件是否更新 4. 更新用的血量和蓝量 #" << std::endl;
std::cout << "# 0. 退出 #" << std::endl;
std::cout << "#################################################" << std::endl;
}
void ctrlSlaver(const std::vector &channels, const std::vector &tasks) {
int which = 0;
while (true) {
int select = 0;
Menu();
std::cout << "Please Enter@ ";
std::cin >> select;
if (select <= 0 || select >= 5) break;
int cmdcode = select - 1;
int cmdfd = open(channels[which]._cmdfifo.c_str(), O_WRONLY);
write(cmdfd, &cmdcode, sizeof(cmdcode));
close(cmdfd);
int outfd = open(channels[which]._outfifo.c_str(), O_RDONLY);
char buffer[256];
int n = read(outfd, buffer, sizeof(buffer) - 1);
if (n > 0) {
buffer[n] = ' ';
std::cout << buffer;
}
close(outfd);
which++;
which %= channels.size();
}
}
void QuitProcess(const std::vector &channels) {
for (const auto &c : channels) {
unlink(c._cmdfifo.c_str());
unlink(c._outfifo.c_str());
waitpid(c._slaverid, NULL, 0);
}
}
int main() {
srand(time(nullptr) ^ getpid() ^ 1023);
std::vector tasks;
LoadTask(&tasks);
int processnum = 4;
std::vector channels;
InitProcessPool(&channels, tasks, processnum);
ctrlSlaver(channels, tasks);
QuitProcess(channels);
return 0;
} 🏷️ 解释
- channel 类：
channel类保存了命令和输出的命名管道文件路径_cmdfifo和_outfifo，以及子进程的 PID 和名字。
- slaver 函数：
- 子进程在
slaver函数中运行，从命令管道读取任务码，执行任务并将结果写入输出管道。
- InitProcessPool 函数：
- 创建子进程并为每个子进程分配命令和输出的命名管道。
- 使用
mkfifo创建命名管道，并使用fork创建子进程。
- ctrlSlaver 函数：
- 父进程从标准输入获取任务码，并通过命令管道发送给子进程。
- 通过输出管道读取子进程的结果并打印出来。
- QuitProcess 函数：
- 删除所有命名管道，并等待所有子进程退出。
通过这些步骤，父进程就可以通过命名管道与子进程通信，并实现一个简单的进程池啦
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