分布式任务调度监控系统

项目结构

distributed-task-scheduler/
├── scheduler.cpp           # 完整源代码（单文件，约 460 行 C++）
├── Makefile               # 构建脚本（make / make test / make clean）
├── DESIGN.md              # 技术方案设计文档
├── README.md              # 本文件
└── test/
    ├── test_boundary.sh        # 边界值测试
    └── test_stress.sh          # 压力测试（Worker 全部故障）

整体架构

┌──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┐
│                        Manager 进程（父进程）                             │
│                                                                          │
│  ┌──────────────┐  ┌───────────────┐  ┌──────────────────┐             │
│  │SIGINT/SIGTERM│  │SIGUSR1/SIGUSR2│   │ stdin (+/-)       │             │
│  │ 优雅退出      │  │ 增删 Worker   │   │ 键盘交互         │             │
│  └──────┬───────┘  └───────┬───────┘   └────────┬─────────┘             │
│         └───────────────────┴──────────────────────┘                     │
│                             ▼                                             │
│  ┌────────────────────────────────────────────────────────────────┐    │
│  │               EventLoop（事件循环中枢）                          │    │
│  │                                                                │    │
│  │   epoll_wait() ── [timerfd_1s] ──► dispatch_tasks()           │    │
│  │              ── [timerfd_5s] ──► print_statistics()           │    │
│  │              ── [socketpair FD] ──► handle_message()           │    │
│  │              ── [stdin] ──► process_stdin()                   │    │
│  └────────────────────────────────────────────────────────────────┘    │
│                                                                          │
│  WorkerManager：创建/销毁 Worker · 任务分发 · 消息路由 · 统计聚合          │
└──────────────────────────────────────────────────────────────────────────┘
                             │
        ┌────────────────────┼────────────────────┐
        │                    │                    │
        ▼                    ▼                    ▼
  ┌───────────┐        ┌───────────┐        ┌───────────┐
  │ Worker 1  │        │ Worker 2  │        │ Worker N  │
  │           │        │           │        │           │
  │ recv_task │        │ recv_task │        │ recv_task │
  │  └sleep  │        │  └sleep  │        │  └sleep  │
  │  └send_done│       │  └send_done│       │  └send_done│
  │  A:100ms  │        │  A:100ms  │        │  A:100ms  │
  │  B:200ms  │        │  B:200ms  │        │  B:200ms  │
  │  C:300ms  │        │  C:300ms  │        │  C:300ms  │
  └───────────┘        └───────────┘        └───────────┘

架构说明：

组件	说明
EventLoop	基于 epoll 的事件分发中枢，统一管理定时器、socketpair、stdin 的 I/O 事件
WorkerManager	Worker 生命周期管理、任务分发策略、统计聚合、故障检测
IpcChannel	封装 socketpair，提供 send/recv 语义（RAII 自动管理 fd）
Worker（子进程）	纯执行单元：收任务 → sleep → 回报，无任何调度逻辑

快速开始

# 编译
make

# 运行（启动 N 个 Worker，3 ≤ N ≤ 10）
./scheduler 5

# 运行测试
make test

# 清理
make clean

交互命令

运行期间可在终端输入：

按键	作用
+	动态增加 1 个 Worker（最多 10 个）
-	动态减少 1 个 Worker（最少保留 1 个）
Ctrl+C	优雅退出（向所有 Worker 发退出消息，等待回收，无僵尸进程）

外部信号方式：

kill -SIGUSR1 $(pidof scheduler)   # 增加 Worker
kill -SIGUSR2 $(pidof scheduler)   # 减少 Worker
kill -SIGINT  $(pidof scheduler)   # 优雅退出

任务类型

类型	处理时间	说明
A	100 ms	轻量任务
B	200 ms	中量任务
C	300 ms	重量任务

任务由 Manager 随机选取，均匀分发给所有 Worker。

核心设计

技术选型	说明
epoll	O(1) 就绪通知，只返回活跃 FD；运行时增删 Worker 只需 epoll_ctl(ADD/DEL)，无需重建监听集合
timerfd	纳秒精度定时器，与 epoll 无缝集成：定时器到期触发 EPOLLIN 事件，无需信号或轮询
socketpair	全双工 Unix Domain Socket，SOCK_DGRAM 零拷贝；每个 Worker 与 Manager 独立一对 fd
多进程	Worker 崩溃不影响 Manager；独立地址空间，无锁、无数据竞争；waitpid() 回收防止僵尸进程
优雅退出	使用 'X' 消息退出而非 kill 信号，Worker 先打印自身统计再退出，不丢失工作记录

编译依赖

• Linux（需要 epoll、timerfd、socketpair）
• GCC 7+ 或 Clang（支持 C++17）
• GNU Make