PHP守護進程可以通過什么實現(xiàn)？pcntl和posix你知道嗎？

TL;DR

PHP實現(xiàn)守護進程可以通過 pcntl 與 posix 擴展實現(xiàn)。

編程中需要注意的地方有：

通過二次 pcntl_fork() 以及 posix_setsid 讓主進程脫離終端
通過 pcntl_signal() 忽略或者處理 SIGHUP 信號
多進程程序需要通過二次 pcntl_fork() 或者 pcntl_signal() 忽略 SIGCHLD 信號防止子進程變成 Zombie 進程
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
將運行進程的 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，運行時更換到低權(quán)限用戶身份
及時 chdir() 防止操作錯誤路徑
多進程程序考慮定時重啟，防止內(nèi)存泄露

什么是daemon

文章的主角守護進程（daemon），Wikipedia 上的定義是：

在一個多任務(wù)的電腦操作系統(tǒng)中，守護進程（英語：daemon，/?di?m?n/或/?de?m?n/）是一種在后臺執(zhí)行的電腦程序。此類程序會被以進程的形式初始化。守護進程程序的名稱通常以字母“d”結(jié)尾：例如，syslogd就是指管理系統(tǒng)日志的守護進程。
通常，守護進程沒有任何存在的父進程（即PPID=1），且在UNIX系統(tǒng)進程層級中直接位于init之下。守護進程程序通常通過如下方法使自己成為守護進程：對一個子進程運行fork，然后使其父進程立即終止，使得這個子進程能在init下運行。這種方法通常被稱為“脫殼”。

UNIX環(huán)境高級編程（第二版）（以下使用簡稱 APUE 指代） 13章有云：

守護進程也成精靈進程（ daemon ）是生存周期較長的一種進程。它們常常在系統(tǒng)自舉時啟動，僅在系統(tǒng)關(guān)閉時才終止。因為他們沒有控制終端，所以說他們是在后臺運行的。

這里注意到，daemon有如下特征：

沒有終端
后臺運行
父進程 pid 為1

想要查看運行中的守護進程可以通過 ps -ax 或者 ps -ef 查看，其中 -x 表示會列出沒有控制終端的進程。

實現(xiàn)關(guān)注點二次 fork 與 setsidfork 系統(tǒng)調(diào)用

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

PHP 中的 pcntl 擴展中實現(xiàn)了 pcntl_fork() 函數(shù)，用于在 PHP 中 fork 新的進程。

setsid 系統(tǒng)調(diào)用

setsid 系統(tǒng)調(diào)用則用于創(chuàng)建一個新的會話并設(shè)定進程組 id。

這里有幾個概念：會話，進程組。

在 Linux 中，用戶登錄產(chǎn)生一個會話（Session），一個會話中包含一個或者多個進程組，一個進程組又包含多個進程。每個進程組有一個組長（Session Leader），它的 pid 就是進程組的組 id。進程組長一旦打開一個終端，這一個終端就被稱為控制終端。一旦控制終端發(fā)生異常（斷開、硬件錯誤等），會發(fā)出信號到進程組組長。

后臺運行程序（如 shell 中以&結(jié)尾執(zhí)行指令）在終端關(guān)閉之后也會被殺死，就是沒有處理好控制終端斷開時發(fā)出的SIGHUP信號，而SIGHUP信號對于進程的默認行為則是退出進程。

調(diào)用 setsid 系統(tǒng)調(diào)用之后，會讓當前的進程新建一個進程組，如果在當前進程中不打開終端的話，那么這一個進程組就不會存在控制終端，也就不會出現(xiàn)因為關(guān)閉終端而殺死進程的問題。

PHP 中的 posix 擴展中實現(xiàn)了 posix_setsid() 函數(shù)，用于在 PHP 中設(shè)定新的進程組。

孤兒進程

父進程比子進程先退出，子進程就會變成孤兒進程。

init 進程會收養(yǎng)孤兒進程，即孤兒進程的 ppid 變?yōu)?1。

二次 fork 的作用

首先，setsid 系統(tǒng)調(diào)用不能由進程組組長調(diào)用，會返回-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");}

假定我們在終端中執(zhí)行應用程序，進程為 a，第一次 fork 會生成子進程 b，如果 fork 成功，父進程 a 退出。b 作為孤兒進程，被 init 進程托管。

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

此時進程 b 事實上已經(jīng)脫離任何的控制終端，例程：

<?phpcli_set_process_title('process_a');$pidA = pcntl_fork();if ($pidA > 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 COMMAND28203 ? Ss 0:00 process_b

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

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，但是為什么還要進行第二次 fork 操作呢？

StackOverflow 上的一個回答寫的很好：

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.

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

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

SIGHUP 信號處理

一個進程收到 SIGHUP 信號的默認動作是結(jié)束進程。

而 SIGHUP 會在如下情況下發(fā)出：

控制終端斷開，SIGHUP 發(fā)送到進程組組長
進程組組長退出，SIGHUP 會發(fā)送到進程組中的前臺進程
SIGHUP 常被用于通知進程重載配置文件（APUE 中提及，daemon 由于沒有控制終端，被認為不可能會收到這一個信號，所以選擇復用）

由于實際的工作進程不在前臺進程組中，而且進程組的組長已經(jīng)退出并且沒有控制終端，不處理正常情況下當然也沒有問題，然而為了防止偶然的收到 SIGHUP 導致進程退出，也為了遵循守護進程程序設(shè)計的慣例，還是應當處理這一信號。

Zombie 進程處理何為 Zombie 進程

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

子進程先于父進程退出時，會向父進程發(fā)送 SIGCHLD 信號，如果父進程沒有處理，子進程也會變?yōu)?Zombie 進程。

Zombie 進程會占用可 fork 的進程數(shù)，Zombie 進程過多會導致無法 fork 新的進程。

此外，Linux 系統(tǒng)中 ppid 為 init 進程的進程，變?yōu)?Zombie 后會由 init 進程回收管理。

Zombie 進程的處理

從 Zombie 進程的特點，對于多進程的daemon，可以通過兩個途徑解決這一問題：

父進程處理 SIGCHLD 信號
讓子進程被 init 接管

父進程處理信號無需多說，注冊信號處理回調(diào)函數(shù)，調(diào)用回收方法即可。

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

umask

umask 會從父進程中繼承，影響創(chuàng)建文件的權(quán)限。

PHP 手冊上提到：

umask() 將 PHP 的 umask 設(shè)定為 mask & 0777 并返回原來的 umask。當 PHP 被作為服務(wù)器模塊使用時，在每個請求結(jié)束后 umask 會被恢復。

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

? ~ cat test_umask.php<?php chdir('/tmp'); umask(0066); mkdir('test_umask', 0777);? ~ php test_umask.php? ~ ll /tmp | grep umaskdrwx--x--x 2 root root 4.0K 8月 22 17:35 test_umask

所以，為了保證每一次都能按照預期的權(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，即標準輸入/輸出/錯誤三個流。

樣例

首先來看一個樣例：

<?php// not_redirect_std_stream_daemon.php$pid1 = pcntl_fork();if ($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");}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方面，唯一不同的是沒有對標準流做處理。通過php not_redirect_std_stream_daemon.php 指令也能讓程序在后臺進行。

在 sleep 的間隙，關(guān)閉終端，會發(fā)現(xiàn)進程退出。

通過 strace 觀察系統(tǒng)調(diào)用的情況：

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

發(fā)現(xiàn)發(fā)生了 EIO 錯誤，導致進程退出。

原因很簡單，即我們編寫的 daemon 程序使用了當時啟動時終端提供的標準流，當終端關(guān)閉時，標準流變得不可讀不可寫，一旦嘗試讀寫，會導致進程退出。

在信海龍的博文《一個echo引起的進程崩潰》中也提到過類似的問題。

解決方案APUE 樣例

APUE 13.3中提到過一條編程規(guī)則（第6條）：

某些守護進程打開 /dev/null 時期具有文件描述符0、1和2，這樣，任何一個視圖讀標準輸入、寫標準輸出或者標準錯誤的庫例程都不會產(chǎn)生任何效果。因為守護進程并不與終端設(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。及時守護進程是從交互式會話啟動的，但因為守護進程是在后臺運行的，所以登錄會話的終止并不影響守護進程。如果其他用戶在同一終端設(shè)備上登錄，我們也不會在該終端上見到守護進程的輸出，用戶也不可期望他們在終端上的輸入會由守護進程讀取。

簡單來說：

daemon 不應使用標準流
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);

實現(xiàn)了這一個功能。dup() （參考手冊）系統(tǒng)調(diào)用會復制輸入?yún)?shù)中的文件描述符，并復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，包括標準輸入輸出錯誤；打開/dev/null并賦值給變量fd0，因為標準輸入已經(jīng)關(guān)閉了，所以/dev/null會綁定到0，即標準輸入；因為最小未分配文件描述符為1，復制文件描述符0到文件描述符1，即標準輸出也綁定到/dev/null；因為最小未分配文件描述符為2，復制文件描述符0到文件描述符2，即標準錯誤也綁定到/dev/null；開源項目實現(xiàn)：Workerman

Workerman 中的 Worker.php 中的 resetStd() 方法實現(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 中如此實現(xiàn)，結(jié)合博文，可能與 PHP 的 GC 機制有關(guān)，對于 fd 0 1 2來說，PHP 會維持對這三個資源的引用計數(shù)，在直接 fclose 之后，會使得這幾個 fd 對應的資源類型的變量引用計數(shù)為0，導致觸發(fā)回收。所需要做的就是將這些變量變?yōu)槿肿兞浚ＷC引用的存在。

作者：傳智播客PHP培訓學院
首發(fā)：http://php.ithcast.com/