shell后台并发执行实践

shell如何在后台执行

1.nohup命令
通常我们都是远程登录linux终端,而当我们退出终端时在之前终端运行的程序都会终止,有时候先想要退出终端也要程序继续执行这时nohup就登场了。nohup命令可以将程序以忽略挂起信号的方式运行起来,被运行的程序的输出信息将不会显示到终端。
nohup command > myout.file 2>&1 &

2.&后台执行
在命令后面加 & 可以让程序在后台执行
command &

3.Ctrl + z
当一个程序正在执行并且占用当前终端时我们同时按下 Ctrl + z ,这样就会把正在执行的前台程序放到后台挂起。

并发执行

1.正常执行

#!/bin/bash
Njob=10    #任务总数
for ((i=0; i<$Njob; i++)); do
{
	echo  "progress $i is sleeping for 1 seconds zzz…"
	sleep  1
}
done
echo -e "time-consuming: $SECONDS seconds"    #显示脚本执行耗时

执行结果

progress 0 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 1 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 2 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 3 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 4 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 5 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 6 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 7 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 8 is sleeping for 1 seconds zzz…
progress 9 is sleeping for 1 seconds zzz…
-e time-consuming: 10 seconds

2.并发后台执行

#!/bin/bash
Njob=10
for ((i=0; i<$Njob; i++)); do
    echo  "progress $i is sleeping for 3 seconds zzz…"
    sleep  3 &       #循环内容放到后台执行
done
wait      #等待循环结束再执行wait后面的内容
echo -e "time-consuming: $SECONDS seconds"    #显示脚本执行耗时

执行结果

progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 3 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 4 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 5 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 6 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 7 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 8 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 9 is sleeping for 3 seconds zzz…
-e time-consuming: 3 seconds

这种方式从功能上实现了使用shell脚本并行执行多个循环进程,但是它缺乏控制机制。

for设置了Njob次循环,同一时间Linux就触发Njob个进程一起执行。假设for里面执行的是scp,在没有pam_limits和cgroup限制的情况下,很有可能同一时刻过多的scp任务会耗尽系统的磁盘IO、连接数、带宽等资源,导致正常的业务受到影响。

一个应对办法是在for循环里面再嵌套一层循环,这样同一时间,系统最多只会执行内嵌循环限制值的个数的进程。不过还有一个问题,for后面的wait命令以循环中最慢的进程结束为结束(水桶效应)。如果嵌套循环中有某一个进程执行过程较慢,那么整体这一轮内嵌循环的执行时间就等于这个“慢”进程的执行时间,整体下来脚本的执行效率还是受到影响的。

分批并行的方式并发执行

#!/bin/bash
NQ=3
num=5
for ((i=0; i<$NQ; i++)); do
     for ((j=0; j<$num; j++)); do
         echo  "progress $i is sleeping for 3 seconds zzz…"
        sleep 3 &
     done
     wait
 done
#等待循环结束再执行wait后面的内容
echo -e "time-consuming: $SECONDS    seconds"    #显示脚本执行耗时

执行结果

 progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
 progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
-e time-consuming: 9    seconds

3.使用模拟队列来控制进程数量

要控制后台同一时刻的进程数量,需要在原有循环的基础上增加管理机制。

一个方法是以for循环的子进程PID做为队列元素,模拟一个限定最大进程数的队列(只是一个长度固定的数组,并不是真实的队列)。队列的初始长度为0,循环每创建一个进程,就让队列长度+1。当队列长度到达设置的并发进程限制数之后,每隔一段时间检查队列,如果队列长度还是等于限制值,那么不做操作,继续轮询;如果检测到有并发进程执行结束了,那么队列长度-1,轮询检测到队列长度小于限制值后,会启动下一个待执行的进程,直至所有等待执行的并发进程全部执行完。

#!/bin/bash
Njob=15 #任务总数
Nproc=5 #最大并发进程数

function PushQue {      #将PID值追加到队列中
           Que="$Que $1"
           Nrun=$(($Nrun+1))
}

function GenQue {       #更新队列信息,先清空队列信息,然后检索生成新的队列信息
           OldQue=$Que
           Que=""; Nrun=0
           for PID in $OldQue; do
                 if [[ -d /proc/$PID ]]; then
                        PushQue $PID
                 fi
           done
}

function ChkQue {       #检查队列信息,如果有已经结束了的进程的PID,那么更新队列信息
           OldQue=$Que
           for PID in $OldQue; do
                 if [[ ! -d /proc/$PID ]];   then
                 GenQue; break
                 fi
           done
}

for ((i=1; i<=$Njob; i++)); do
           echo "progress $i is sleeping for 3 seconds zzz…"
           sleep 3 &
           PID=$!
           PushQue $PID
           while [[ $Nrun -ge $Nproc ]]; do          # 如果Nrun大于Nproc,就一直ChkQue
                 ChkQue
                 sleep 0.1
           done
done
wait
echo -e "time-consuming: $SECONDS   seconds"    #显示脚本执行耗时

执行结果

progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 3 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 4 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 5 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 6 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 7 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 8 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 9 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 10 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 11 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 12 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 13 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 14 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 15 is sleeping for 3 seconds zzz…
-e time-consuming: 3   seconds

这种使用队列模型管理进程的方式在控制了后台进程数量的情况下,还能避免个别“慢”进程影响整体耗时的问题:

4.使用fifo管道特性来控制进程数量

管道是内核中的一个单向的数据通道,同时也是一个数据队列。具有一个读取端与一个写入端,每一端对应着一个文件描述符。
命名管道即FIFO文件,通过命名管道可以在不相关的进程之间交换数据。FIFO有路径名与之相关联,以一种特殊设备文件形式存在于文件系统中。

FIFO有两种用途:

• FIFO由shell使用以便数据从一条管道线传输到另一条,为此无需创建临时文件,常见的操作cat file|grep keyword就是这种使用方式;
• FIFO用于客户进程-服务器进程程序中,已在客户进程与服务器进程之间传送数据,下面的例子将使用这种方式。

根据FIFO文件的读规则(参考http://www.cnblogs.com/yxmx/articles/1599187.html),如果有进程写打开FIFO,且当前FIFO内没有数据,对于设置了阻塞标志的读操作来说,将一直阻塞状态。

利用这一特性可以实现一个令牌机制。设置一个行数等于限定最大进程数Nproc的fifo文件,在for循环中设置创建一个进程时先read一次fifo文件,进程结束时再write一次fifo文件。如果当前子进程数达到限定最大进程数Nproc,则fifo文件为空,后续执行的并发进程被读fifo命令阻塞,循环内容被没有触发,直至有某一个并发进程执行结果并做写操作(相当于将令牌还给池子)。

需要注意的是,当并发数较大时,多个并发进程即使在使用sleep相同秒数模拟时,也会存在进程调度的顺序问题,因而并不是按启动顺序结束的,可能会后启动的进程先结束。

#!/bin/bash

Njob=15 #任务总数

Nproc=5 #最大并发进程数

mkfifo ./fifo.$$ && exec   9<>  ./fifo.$$     #通过文件描述符777访问fifo文件

for ((i=0; i<$Nproc; i++)); do  #向fifo文件先填充等于Nproc值的行数
  echo  "init time add $i" >&9
done
for ((i=0; i<$Njob; i++)); do
{
  read  -u  9             #从fifo文件读一行
  echo  "progress $i is sleeping for 3 seconds zzz…"
  sleep  3
  echo  "real time add $(($i+$Nproc))"  1>&9 #sleep完成后,向fifo文件重新写入一行
} &
done
wait
echo -e "time-consuming: $SECONDS seconds"
rm -f ./fifo.$$

执行结果

progress 0 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 1 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 2 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 3 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 4 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 5 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 6 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 8 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 12 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 13 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 9 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 11 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 14 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 10 is sleeping for 3 seconds zzz…
progress 7 is sleeping for 3 seconds zzz…
-e time-consuming: 10 seconds

原文地址:
Shell脚本实现并发多进程
Shell脚本并发执行