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成都創(chuàng)新互聯(lián)網(wǎng)站制作重慶分公司

PHP實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程daemon

daemon簡(jiǎn)介

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daemon(守護(hù)進(jìn)程)是一個(gè)在后臺(tái)運(yùn)行并且不受任何終端控制的進(jìn)程。Unix操作系統(tǒng)有很多典型的守護(hù)進(jìn)程(其數(shù)目根據(jù)需要或20—50不等),它們?cè)诤笈_(tái)運(yùn)行,執(zhí)行不同的管理任務(wù)。

用戶使守護(hù)進(jìn)程獨(dú)立于所有終端是因?yàn)?,在守護(hù)進(jìn)程從一個(gè)終端啟動(dòng)的情況下,這同一個(gè)終端可能被其他的用戶使用。例如,用戶從一個(gè)終端啟動(dòng)守護(hù)進(jìn)程后退出,然后另外一個(gè)人也登錄到這個(gè)終端。用戶不希望后者在使用該終端的過程中,接收到守護(hù)進(jìn)程的任何錯(cuò)誤信息。同樣,由終端鍵入的任何信號(hào)(例如中斷信號(hào))也不應(yīng)該影響先前在該終端啟動(dòng)的任何守護(hù)進(jìn)程的運(yùn)行。雖然讓服務(wù)器后臺(tái)運(yùn)行很容易(只要shell命令行以&結(jié)尾即可),但用戶還應(yīng)該做些工作,讓程序本身能夠自動(dòng)進(jìn)入后臺(tái),且不依賴于任何終端。

守護(hù)進(jìn)程也成精靈進(jìn)程( daemon )是生存周期較長(zhǎng)的一種進(jìn)程。它們常常在系統(tǒng)自舉時(shí)啟動(dòng),僅在系統(tǒng)關(guān)閉時(shí)才終止,因?yàn)樗麄儧]有控制終端,所以說他們是在后臺(tái)運(yùn)行的。

這里注意到,daemon有如下特征:

  • 沒有終端
  • 后臺(tái)運(yùn)行
  • 父進(jìn)程 pid 為1

想要查看運(yùn)行中的守護(hù)進(jìn)程可以通過 ps -ax 或者 ps -ef 查看,其中 -x 表示會(huì)列出沒有控制終端的進(jìn)程。

PHP實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程可以通過 pcntl 與 posix 擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)。

編程中需要注意的地方有:

  • 通過二次 pcntl_fork() 以及 posix_setsid 讓主進(jìn)程脫離終端
  • 通過 pcntl_signal() 忽略或者處理 SIGHUP 信號(hào)
  • 多進(jìn)程程序需要通過二次 pcntl_fork() 或者 pcntl_signal() 忽略 SIGCHLD 信號(hào)防止子進(jìn)程變成 Zombie 進(jìn)程
  • 通過 umask() 設(shè)定文件權(quán)限掩碼,防止繼承文件權(quán)限而來的權(quán)限影響功能
  • 將運(yùn)行進(jìn)程的 STDIN/STDOUT/STDERR 重定向到 /dev/null 或者其他流上

如果要做的更好,還需要注意:

  • 如果通過 root 啟動(dòng),運(yùn)行時(shí)更換到低權(quán)限用戶身份
  • 及時(shí) chdir() 防止操作錯(cuò)誤路徑
  • 多進(jìn)程程序考慮定時(shí)重啟,防止內(nèi)存泄露

實(shí)現(xiàn)關(guān)注點(diǎn)

二次 fork 與 setsid

fork 系統(tǒng)調(diào)用

fork 系統(tǒng)調(diào)用用于復(fù)制一個(gè)與父進(jìn)程幾乎完全相同的進(jìn)程,新生成的子進(jìn)程不同的地方在于與父進(jìn)程有著不同的 pid 以及有不同的內(nèi)存空間,根據(jù)代碼邏輯實(shí)現(xiàn),父子進(jìn)程可以完成一樣的工作,也可以不同。子進(jìn)程會(huì)從父進(jìn)程中繼承比如文件描述符一類的資源。

PHP 中的 pcntl 擴(kuò)展中實(shí)現(xiàn)了 pcntl_fork() 函數(shù),用于在 PHP 中 fork 新的進(jìn)程。

setsid 系統(tǒng)調(diào)用

setsid 系統(tǒng)調(diào)用則用于創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)話并設(shè)定進(jìn)程組 id。

這里有幾個(gè)概念:會(huì)話,進(jìn)程組。

在 Linux 中,用戶登錄產(chǎn)生一個(gè)會(huì)話(Session),一個(gè)會(huì)話中包含一個(gè)或者多個(gè)進(jìn)程組,一個(gè)進(jìn)程組又包含多個(gè)進(jìn)程。每個(gè)進(jìn)程組有一個(gè)組長(zhǎng)(Session Leader),它的 pid 就是進(jìn)程組的組 id。進(jìn)程組長(zhǎng)一旦打開一個(gè)終端,這一個(gè)終端就被稱為控制終端。一旦控制終端發(fā)生異常(斷開、硬件錯(cuò)誤等),會(huì)發(fā)出信號(hào)到進(jìn)程組組長(zhǎng)。

后臺(tái)運(yùn)行程序(如 shell 中以&結(jié)尾執(zhí)行指令)在終端關(guān)閉之后也會(huì)被殺死,就是沒有處理好控制終端斷開時(shí)發(fā)出的SIGHUP信號(hào),而SIGHUP信號(hào)對(duì)于進(jìn)程的默認(rèn)行為則是退出進(jìn)程。

調(diào)用 setsid 系統(tǒng)調(diào)用之后,會(huì)讓當(dāng)前的進(jìn)程新建一個(gè)進(jìn)程組,如果在當(dāng)前進(jìn)程中不打開終端的話,那么這一個(gè)進(jìn)程組就不會(huì)存在控制終端,也就不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)殛P(guān)閉終端而殺死進(jìn)程的問題。

PHP 中的 posix 擴(kuò)展中實(shí)現(xiàn)了 posix_setsid() 函數(shù),用于在 PHP 中設(shè)定新的進(jìn)程組。

孤兒進(jìn)程

父進(jìn)程比子進(jìn)程先退出,子進(jìn)程就會(huì)變成孤兒進(jìn)程。

init 進(jìn)程會(huì)收養(yǎng)孤兒進(jìn)程,即孤兒進(jìn)程的 ppid 變?yōu)?1。

二次 fork 的作用

首先,setsid 系統(tǒng)調(diào)用不能由進(jìn)程組組長(zhǎng)調(diào)用,會(huì)返回-1。

二次 fork 操作的樣例代碼如下:

$pid1 = pcntl_fork();

if ($pid1 > 0) {
    exit(0);
} else if ($pid1 < 0) {
    exit("Failed to fork 1\n");
}

if (-1 == posix_setsid()) {
    exit("Failed to setsid\n");
}

$pid2 = pcntl_fork();

if ($pid2 > 0) {
    exit(0);
} else if ($pid2 < 0) {
    exit("Failed to fork 2\n");
}

假定我們?cè)诮K端中執(zhí)行應(yīng)用程序,進(jìn)程為 a,第一次 fork 會(huì)生成子進(jìn)程 b,如果 fork 成功,父進(jìn)程 a 退出。b 作為孤兒進(jìn)程,被 init 進(jìn)程托管。

此時(shí),進(jìn)程 b 處于進(jìn)程組 a 中,進(jìn)程 b 調(diào)用 posix_setsid 要求生成新的進(jìn)程組,調(diào)用成功后當(dāng)前進(jìn)程組變?yōu)?b。

此時(shí)進(jìn)程 b 事實(shí)上已經(jīng)脫離任何的控制終端,例程:

 0) {
    exit(0);
} else if ($pidA < 0) {
    exit(1);
}

cli_set_process_title('process_b');

if (-1 === posix_setsid()) {
    exit(2);
}

while(true) {
    sleep(1);
}

執(zhí)行程序之后:

?  ~ php56 2fork1.php
?  ~ ps ax | grep -v grep | grep -E 'process_|PID'
  PID TTY      STAT   TIME COMMAND
28203 ?        Ss     0:00 process_b

從 ps 的結(jié)果來看,process_b 的 TTY 已經(jīng)變成了 ?,即沒有對(duì)應(yīng)的控制終端。

代碼走到這里,似乎已經(jīng)完成了功能,關(guān)閉終端之后 process_b 也沒有被殺死,但是為什么還要進(jìn)行第二次 fork 操作呢?

StackOverflow 上的一個(gè)回答寫的很好:

The second fork(2) is there to ensure that the new process is not a session leader, so it won’t be able to (accidentally) allocate a controlling terminal, since daemons are not supposed to ever have a controlling terminal.

這是為了防止實(shí)際的工作的進(jìn)程主動(dòng)關(guān)聯(lián)或者意外關(guān)聯(lián)控制終端,再次 fork 之后生成的新進(jìn)程由于不是進(jìn)程組組長(zhǎng),是不能申請(qǐng)關(guān)聯(lián)控制終端的。

綜上,二次 fork 與 setsid 的作用是生成新的進(jìn)程組,防止工作進(jìn)程關(guān)聯(lián)控制終端。

SIGHUP 信號(hào)處理

一個(gè)進(jìn)程收到 SIGHUP 信號(hào)的默認(rèn)動(dòng)作是結(jié)束進(jìn)程。

SIGHUP 會(huì)在如下情況下發(fā)出:

  • 控制終端斷開,SIGHUP 發(fā)送到進(jìn)程組組長(zhǎng)
  • 進(jìn)程組組長(zhǎng)退出,SIGHUP 會(huì)發(fā)送到進(jìn)程組中的前臺(tái)進(jìn)程
  • SIGHUP 常被用于通知進(jìn)程重載配置文件(APUE 中提及,daemon 由于沒有控制終端,被認(rèn)為不可能會(huì)收到這一個(gè)信號(hào),所以選擇復(fù)用)

由于實(shí)際的工作進(jìn)程不在前臺(tái)進(jìn)程組中,而且進(jìn)程組的組長(zhǎng)已經(jīng)退出并且沒有控制終端,不處理正常情況下當(dāng)然也沒有問題,然而為了防止偶然的收到 SIGHUP 導(dǎo)致進(jìn)程退出,也為了遵循守護(hù)進(jìn)程程序設(shè)計(jì)的慣例,還是應(yīng)當(dāng)處理這一信號(hào)。

Zombie 進(jìn)程處理

何為 Zombie 進(jìn)程

簡(jiǎn)單來說,子進(jìn)程先于父進(jìn)程退出,父進(jìn)程沒有調(diào)用 wait 系統(tǒng)調(diào)用處理,進(jìn)程變?yōu)?Zombie 進(jìn)程。

子進(jìn)程先于父進(jìn)程退出時(shí),會(huì)向父進(jìn)程發(fā)送 SIGCHLD 信號(hào),如果父進(jìn)程沒有處理,子進(jìn)程也會(huì)變?yōu)?Zombie 進(jìn)程。

Zombie 進(jìn)程會(huì)占用可 fork 的進(jìn)程數(shù),Zombie 進(jìn)程過多會(huì)導(dǎo)致無法 fork 新的進(jìn)程。

此外,Linux 系統(tǒng)中 ppid 為 init 進(jìn)程的進(jìn)程,變?yōu)?Zombie 后會(huì)由 init 進(jìn)程回收管理。

Zombie 進(jìn)程的處理

從 Zombie 進(jìn)程的特點(diǎn),對(duì)于多進(jìn)程的daemon,可以通過兩個(gè)途徑解決這一問題:

  • 父進(jìn)程處理 SIGCHLD 信號(hào)
  • 讓子進(jìn)程被 init 接管

父進(jìn)程處理信號(hào)無需多說,注冊(cè)信號(hào)處理回調(diào)函數(shù),調(diào)用回收方法即可。

對(duì)于讓子進(jìn)程被 init 接管,則可以通過2次 fork 的方法,讓第一次 fork 出的子進(jìn)程 a 再 fork 出實(shí)際的工作進(jìn)程 b,讓 a 先行退出,使得 b 成為孤兒進(jìn)程,這樣就能被 init 進(jìn)程托管了。

umask

umask 會(huì)從父進(jìn)程中繼承,影響創(chuàng)建文件的權(quán)限。

PHP 手冊(cè)上提到:

umask() 將 PHP 的 umask 設(shè)定為 mask & 0777 并返回原來的 umask。當(dāng) PHP 被作為服務(wù)器模塊使用時(shí),在每個(gè)請(qǐng)求結(jié)束后 umask 會(huì)被恢復(fù)。

如果父進(jìn)程的 umask 沒有設(shè)定好,那么在執(zhí)行一些文件操作時(shí),會(huì)出現(xiàn)意想不到的效果:

?  ~ cat test_umask.php

所以,為了保證每一次都能按照預(yù)期的權(quán)限操作文件,需要置0 umask 值。

重定向0/1/2

這里的0/1/2分別指的是 STDIN/STDOUT/STDERR,即標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出/錯(cuò)誤三個(gè)流。

樣例

首先來看一個(gè)樣例:

 0) {
    exit(0);
} else if ($pid1 < 0) {
    exit("Failed to fork 1\n");
}

if (-1 == posix_setsid()) {
    exit("Failed to setsid\n");
}

$pid2 = pcntl_fork();

if ($pid2 > 0) {
    exit(0);
} else if ($pid2 < 0) {
    exit("Failed to fork 2\n");
}

umask(0);
declare(ticks = 1);
pcntl_signal(SIGHUP, SIG_IGN);

echo getmypid() . "\n";

while(true) {
    echo time() . "\n";
    sleep(10);
}

上述代碼幾乎完成了文章最開始部分提及的各個(gè)方面,唯一不同的是沒有對(duì)標(biāo)準(zhǔn)流做處理。通過 php not_redirect_std_stream_daemon.php 指令也能讓程序在后臺(tái)進(jìn)行。

sleep 的間隙,關(guān)閉終端,會(huì)發(fā)現(xiàn)進(jìn)程退出。

通過 strace 觀察系統(tǒng)調(diào)用的情況:

?  ~ strace -p 6723
Process 6723 attached - interrupt to quit
restart_syscall(<... resuming interrupted call ...>) = 0
write(1, "1503417004\n", 11)            = 11
rt_sigprocmask(SIG_BLOCK, [CHLD], [], 8) = 0
rt_sigaction(SIGCHLD, NULL, {SIG_DFL, [], 0}, 8) = 0
rt_sigprocmask(SIG_SETMASK, [], NULL, 8) = 0
nanosleep({10, 0}, 0x7fff71a30ec0)      = 0
write(1, "1503417014\n", 11)            = -1 EIO (Input/output error)
close(2)                                = 0
close(1)                                = 0
munmap(0x7f35abf59000, 4096)            = 0
close(0)                                = 0

發(fā)現(xiàn)發(fā)生了 EIO 錯(cuò)誤,導(dǎo)致進(jìn)程退出。

原因很簡(jiǎn)單,即我們編寫的 daemon 程序使用了當(dāng)時(shí)啟動(dòng)時(shí)終端提供的標(biāo)準(zhǔn)流,當(dāng)終端關(guān)閉時(shí),標(biāo)準(zhǔn)流變得不可讀不可寫,一旦嘗試讀寫,會(huì)導(dǎo)致進(jìn)程退出。

解決方案

APUE 樣例

APUE 13.3中提到過一條編程規(guī)則(第6條):

某些守護(hù)進(jìn)程打開 /dev/null 時(shí)期具有文件描述符0、1和2,這樣,任何一個(gè)視圖讀標(biāo)準(zhǔn)輸入、寫標(biāo)準(zhǔn)輸出或者標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤的庫(kù)例程都不會(huì)產(chǎn)生任何效果。因?yàn)槭刈o(hù)進(jìn)程并不與終端設(shè)備相關(guān)聯(lián),所以不能在終端設(shè)備上顯示器輸出,也無從從交互式用戶那里接受輸入。及時(shí)守護(hù)進(jìn)程是從交互式會(huì)話啟動(dòng)的,但因?yàn)槭刈o(hù)進(jìn)程是在后臺(tái)運(yùn)行的,所以登錄會(huì)話的終止并不影響守護(hù)進(jìn)程。如果其他用戶在同一終端設(shè)備上登錄,我們也不會(huì)在該終端上見到守護(hù)進(jìn)程的輸出,用戶也不可期望他們?cè)诮K端上的輸入會(huì)由守護(hù)進(jìn)程讀取。

簡(jiǎn)單來說:

  • daemon 不應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)流
  • 0/1/2 要設(shè)定成 /dev/null

例程中使用:

for (i = 0; i < rl.rlim_max; i++)
	close(i);

fd0 = open("/dev/null", O_RDWR);
fd1 = dup(0);
fd2 = dup(0);

實(shí)現(xiàn)了這一個(gè)功能。dup() (參考手冊(cè))系統(tǒng)調(diào)用會(huì)復(fù)制輸入?yún)?shù)中的文件描述符,并復(fù)制到最小的未分配文件描述符上。所以上述例程可以理解為:

關(guān)閉所有可以打開的文件描述符,包括標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出錯(cuò)誤;
打開/dev/null并賦值給變量fd0,因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)輸入已經(jīng)關(guān)閉了,所以/dev/null會(huì)綁定到0,即標(biāo)準(zhǔn)輸入;
因?yàn)樽钚∥捶峙湮募枋龇麨?,復(fù)制文件描述符0到文件描述符1,即標(biāo)準(zhǔn)輸出也綁定到/dev/null;
因?yàn)樽钚∥捶峙湮募枋龇麨?,復(fù)制文件描述符0到文件描述符2,即標(biāo)準(zhǔn)錯(cuò)誤也綁定到/dev/null;
開源項(xiàng)目實(shí)現(xiàn):Workerman

Workerman 中的 Worker.php 中的 resetStd() 方法實(shí)現(xiàn)了類似的操作。

/**
* Redirect standard input and output.
*
* @throws Exception
*/
public static function resetStd()
{
   if (!self::$daemonize) {
       return;
   }
   global $STDOUT, $STDERR;
   $handle = fopen(self::$stdoutFile, "a");
   if ($handle) {
       unset($handle);
       @fclose(STDOUT);
       @fclose(STDERR);
       $STDOUT = fopen(self::$stdoutFile, "a");
       $STDERR = fopen(self::$stdoutFile, "a");
   } else {
       throw new Exception('can not open stdoutFile ' . self::$stdoutFile);
   }
}

Workerman 中如此實(shí)現(xiàn),可能與 PHP 的 GC 機(jī)制有關(guān),對(duì)于 fd 0 1 2來說,PHP 會(huì)維持對(duì)這三個(gè)資源的引用計(jì)數(shù),在直接 fclose 之后,會(huì)使得這幾個(gè) fd 對(duì)應(yīng)的資源類型的變量引用計(jì)數(shù)為0,導(dǎo)致觸發(fā)回收。所需要做的就是將這些變量變?yōu)槿肿兞?,保證引用的存在。


新聞名稱:PHP實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程daemon
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