PHP7實現daemon守護進程的案例分析

這篇文章主要介紹PHP7實現daemon守護進程的案例分析，文中介紹的非常詳細，具有一定的參考價值，感興趣的小伙伴們一定要看完！

在一個多任務的計算機操作系統中，守護進程是一種在后臺執行的計算機程序。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”結尾：例如，syslogd就是指管理系統日志的守護進程。

daemon 程序是一直運行的服務端程序，又稱為守護進程。通常在系統后臺運行，沒有控制終端不與前臺交互，daemon 程序一般作為系統服務使用。daemon  是長時間運行的進程，通常在系統啟動后就運行，在系統關閉時才結束。一般說Daemon程序在后臺運行，是因為它沒有控制終端，無法和前臺的用戶交互。daemon程序一般都作為服務程序使用，等待客戶端程序與它通信。我們也把運行的daemon程序稱作守護進程。

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”。

系統通常在啟動時一同起動守護進程。守護進程為對網絡請求，硬件活動等進行響應，或其他通過某些任務對其他應用程序的請求進行回應提供支持。守護進程也能夠對硬件進行配置（如在某些Linux系統上的devfsd），運行計劃任務（例如cron），以及運行其他任務。每個進程都有一個父進程，子進程退出，父進程能得到子進程退出的狀態。

守護進程簡單地說就是可以脫離終端而在后臺運行的進程 . 這在Linux中是非常常見的一種進程 , 比如apache或者mysql等服務啟動后 , 就會以守護進程的方式進駐在內存中 。守護程序是在后臺運行的應用程序，而不是由用戶直接操作。守護進程的例子是Cron和MySQL。 使用PHP守護進程非常簡單，并且需要使用PHP 4.1或更高版本編譯參數：--enable-pcntl

假如有個耗時間的任務需要跑在后臺 : 將所有mysql中user表中的2000萬用戶全部導入到redis中做預熱緩存 , 那么這個任務估計一時半會是不會結束的 , 這個時候就需要編寫一個php腳本以daemon形式運行在系統中 , 結束后自動推出。

在Linux中 , 有三種方式實現腳本后臺化 :

1 . 在命令后添加一個&符號

比如 php task.php & . 這個方法的缺點在于 如果terminal終端關閉 , 無論是正常關閉還是非正常關閉 , 這個php進程都會隨著終端關閉而關閉 , 其次是代碼中如果有echo或者print_r之類的輸出文本 , 會被輸出到當前的終端窗口中 。

2 . 使用nohup命令

比如 nohup php task.php & . 默認情況下 , 代碼中echo或者print_r之類輸出的文本會被輸出到php代碼同級目錄的nohup.out文件中 . 如果你用exit命令或者關閉按鈕等正常手段關閉終端 , 該進程不會被關閉 , 依然會在后臺持續運行 . 但是如果終端遇到異常退出或者終止 , 該php進程也會隨即退出 . 本質上 , 也并非穩定可靠的daemon方案 。

3 . 通過 pcntl 與 posix 擴展實現

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() 設定文件權限掩碼，防止繼承文件權限而來的權限影響功能
• 將運行進程的 STDIN/STDOUT/STDERR 重定向到 /dev/null 或者其他流上

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。

fork 系統調用

      fork 系統調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 以及有不同的內存空間，根據代碼邏輯實現，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 擴展中實現了 pcntl_fork() 函數，用于在 PHP 中 fork 新的進程。

setsid 系統調用

setsid 系統調用則用于創建一個新的會話并設定進程組 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。一旦控制終端發生異常（斷開、硬件錯誤等），會發出信號到進程組組長。

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

調用 setsid 系統調用之后，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，也就不會出現因為關閉終端而殺死進程的問題。

PHP 中的 posix 擴展中實現了 posix_setsid() 函數，用于在 PHP 中設定新的進程組。

二次 fork 的作用

首先，setsid 系統調用不能由進程組組長調用，會返回-1。

二次 fork 操作的樣例代碼如下：

$pid1 = pcntl_fork();

if ($pid1 > 0) {
    // 父進程會得到子進程號，所以這里是父進程執行的邏輯
    exit('parent process. 1'."\n");
} else if ($pid1 < 0) {
    exit("Failed to fork 1\n");
}

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

$pid2 = pcntl_fork();

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

pcntl_fork() 函數創建一個子進程，這個子進程僅PID（進程號） 和PPID（父進程號）與其父進程不同。

返回值

　　成功時，在父進程執行線程內返回產生的子進程的PID，在子進程執行線程內返回 0，失敗時，在 父進程上下文返回 -1，不會創建子進程，并且會引發一個PHP錯誤。

假定我們在終端中執行應用程序，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 調用 posix_setsid 要求生成新的進程組，調用成功后當前進程組變為 b。

php fork2.php 
parent process. 1
parent process. 2

此時進程 b 事實上已經脫離任何的控制終端，例程：

cli_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);
}

執行程序之后：　　

$ php cli-title.php 
$ ps ax | grep -v grep | grep -E 'process_|PID'
  PID TTY      STAT   TIME COMMAND
15725 ?        Ss     0:00 process_b

重新打開一個shell窗口，效果一樣，都在呢

從 ps 的結果來看，process_b 的 TTY 已經變成了 ？，即沒有對應的控制終端。

代碼走到這里，似乎已經完成了功能，關閉終端之后 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聯或者意外關聯控制終端，再次 fork 之后生成的新進程由于不是進程組組長，是不能申請關聯控制終端的。

綜上，二次 fork 與 setsid 的作用是生成新的進程組，防止工作進程關聯控制終端。　

寫一個demo測試下

<?php
// 第一次fork系統調用
$pid_A = pcntl_fork();

// 父進程 和 子進程 都會執行下面代碼
if ($pid_A < 0) {
    // 錯誤處理: 創建子進程失敗時返回-1.
    exit('A fork error ');
} else if ($pid_A > 0) {
     // 父進程會得到子進程號，所以這里是父進程執行的邏輯
    exit("A parent process exit \n");
}

// 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

// 子進程得到的$pid為0, 所以以下是子進程執行的邏輯，受控制終端的影響，控制終端關閉則這里也會退出

// [子進程] 控制終端未關閉前，將當前子進程提升會會話組組長，及進程組的leader
// 進程 B 調用 posix_setsid 要求生成新的進程組，調用成功后當前進程組變為 B
if (-1 == posix_setsid()) {
    exit("Failed to setsid\n");
}

// 此時進程 B 已經脫離任何的控制終端

// [子進程]  這時候在【進程組B】中，重新fork系統調用（二次fork）
$pid_B = pcntl_fork();
if ($pid_B < 0) {
    exit('B fork error ');
} else if ($pid_B > 0) {
    exit("B parent process exit \n");
}

// [新子進程] 這里是新生成的進程組，不受控制終端的影響，寫寫自己的業務邏輯代碼
for ($i = 1; $i <= 100; $i++) {
    sleep(1);
    file_put_contents('daemon.log',$i . "--" . date("Y-m-d H:i:s", time()) . "\n",FILE_APPEND);
}

Window 下跑回直接拋出異常

php runtime\daemon.php
PHP Fatal error:  Uncaught Error: Call to undefined function pcntl_fork() in D:\phpStudy\PHPTutorial\WWW\notes\runtime\daemon.php:13
Stack trace:
#0 {main}
  thrown in D:\phpStudy\PHPTutorial\WWW\notes\runtime\daemon.php on line 13

Linux 下執行，輸出結果

php daemon.php
...
97--2018-09-07 03:50:09
98--2018-09-07 03:50:10
99--2018-09-07 03:50:11
100--2018-09-07 03:50:12

所以，現在即使關閉了終端，改腳本任然在后臺守護進程運行

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