用Python实现守护进程

Daemon场景

考虑如下场景:你编写了一个python服务程序,并且在命令行下启动,而你的命令行会话又被终端所控制,python服务成了终端程序的一个子进程。因此如果你关闭了终端,这个命令行程序也会随之关闭。 

要使你的python服务不受终端影响而常驻系统,就需要将它变成守护进程。 

守护进程就是Daemon程序,是一种在系统后台执行的程序,它独立于控制终端并且执行一些周期任务或触发事件,通常被命名为"d"字母结尾,如常见的httpd、syslogd、systemd和dockerd等。

代码实现

python可以很简洁地实现守护进程,下面给出代码和相应注释。这份代码稳定运行在我本地电脑的一个守护进程(自制闹钟)里,暂时没出过问题。

# coding=utf8
import os
import sys
import atexit
def daemonize(pid_file=None):
    """
    创建守护进程
    :param pid_file: 保存进程id的文件
    :return:
    """
    # 从父进程fork一个子进程出来
    pid = os.fork()
    # 子进程的pid一定为0,父进程大于0
    if pid:
        # 退出父进程,sys.exit()方法比os._exit()方法会多执行一些刷新缓冲工作
        sys.exit(0)
    # 子进程默认继承父进程的工作目录,最好是变更到根目录,否则回影响文件系统的卸载
    os.chdir('/')
    # 子进程默认继承父进程的umask(文件权限掩码),重设为0(完全控制),以免影响程序读写文件
    os.umask(0)
    # 让子进程成为新的会话组长和进程组长
    os.setsid()
    # 注意了,这里是第2次fork,也就是子进程的子进程,我们把它叫为孙子进程
    _pid = os.fork()
    if _pid:
        # 退出子进程
        sys.exit(0)
    # 此时,孙子进程已经是守护进程了,接下来重定向标准输入、输出、错误的描述符(是重定向而不是关闭, 这样可以避免程序在 print 的时候出错)
    # 刷新缓冲区先,小心使得万年船
    sys.stdout.flush()
    sys.stderr.flush()
    # dup2函数原子化地关闭和复制文件描述符,重定向到/dev/nul,即丢弃所有输入输出
    with open('/dev/null') as read_null, open('/dev/null', 'w') as write_null:
        os.dup2(read_null.fileno(), sys.stdin.fileno())
        os.dup2(write_null.fileno(), sys.stdout.fileno())
        os.dup2(write_null.fileno(), sys.stderr.fileno())
    # 写入pid文件
    if pid_file:
        with open(pid_file, 'w+') as f:
            f.write(str(os.getpid()))
        # 注册退出函数,进程异常退出时移除pid文件
        atexit.register(os.remove, pid_file)

概括一下守护进程的编写步骤:


1、fork出子进程,退出父进程 

2、子进程变更工作目录(chdir)、文件权限掩码(umask)、进程组和会话组(setsid) 

3、子进程fork孙子进程,退出子进程 

4、孙子进程刷新缓冲,重定向标准输入/输出/错误(一般到/dev/null,意即丢弃) 

5、(可选)pid写入文件

理解几个要点

为什么要fork两次 

第一次fork,是为了脱离终端控制的魔爪。父进程之所以退出,是因为终端敲击键盘、或者关闭时给它发送了信号;而fork出来的子进程,在父进程自杀后成为孤儿进程,进而被操作系统的init进程接管,因此脱离终端控制。 

所以其实,第二次fork并不是必须的(很多开源项目里的代码就没有fork两次)。只不过出于谨慎考虑,防止进程再次打开一个控制终端。因为子进程现在是会话组长了(对话期的首次进程),有能力打开控制终端,再fork一次,孙子进程就不能打开控制终端了。


文件描述符 

Linux是“一切皆文件”,文件描述符是内核为已打开的文件所创建的索引,通常是非负整数。进程通过文件描述符执行IO操作。 

每个进程有自己的文件描述符表,因此相同的描述符可能指向同一个文件,也可能指向不同文件;来自不同进程的不同的描述符,当然也有可能指向同一个文件。 

默认情况下,0代表标准输入,1代表标准输出,2代表标准错误。


umask权限掩码 

我们知道,在Linux中,任何一个文件都有读(read)、写(write)和执行(execute)的三种使用权限。其中,读的权限用数字4代表,写权限是2,执行权限是1。命令ls -l可以查看文件权限,r/w/x分别表示具有读/写/执行权限。 

任何文件,也都有用户(User),用户组(Group),其他组(Others)三种身份权限。一般用3个数字表示文件权限,例如754:


7,是User权限,即文件拥有者权限

5,是Group权限,拥有者所在用户组的组员所具有的权限

4,是Others权限,即其他组用户的权限啦

而umask是为了控制默认权限,防止新建文件或文件夹具有全权。 

系统一般默认为022(使用命令umask查看),表示默认创建文件的权限是644,文件夹是755。你应该可以看出它们的规律,就是文件权限和umask的相加结果为666(笑),文件夹权限和umask的相加结果为777。


进程组 

每个进程都属于一个进程组(PG,Process Group),进程组可以包含多个进程。 

进程组有一个进程组长(Leader),进程组长的ID(PID, Process ID)就作为整个进程组的ID(PGID,Process Groupd ID)。


会话组 

登陆终端时,就会创造一个会话,多个进程组可以包含在一个会话中。而创建会话的进程,就是会话组长。 

已经是会话组长的进程,不可以再调用setsid()方法创建会话。因此,上面代码中,子进程可以调用setsid(),而父进程不能,因为它本身就是会话组长。 

另外,sh(Bourne Shell)不支持会话机制,因为会话机制需要shell支持工作控制(Job Control)。


守护进程与后台进程 

通过&符号,可以把命令放到后台执行。它与守护进程是不同的:


1、守护进程与终端无关,是被init进程收养的孤儿进程;而后台进程的父进程是终端,仍然可以在终端打印

2、守护进程在关闭终端时依然坚挺;而后台进程会随用户退出而停止,除非加上nohup

3、守护进程改变了会话、进程组、工作目录和文件描述符,后台进程直接继承父进程(shell)的

换句话说:守护进程就是默默地奋斗打拼的有为青年,而后台进程是默默继承老爸资产的富二代。


PythonTab微信公众号:

Python技术交流互助群 ( 请勿加多个群 ):

群1: 87464755

群2: 333646237

群3: 318130924

群4: 385100854

相关词搜索:进程

上一篇:Python装饰器之property()详解
下一篇:看完这篇,你就知道Python生成器是什么

频道总排行