聊聊守护进程这点事

前言

我们经常使用守护进程，却不是很清楚其原理。本文就来聊下什么是守护进程，如何一步一步使用代码来实现守护进程。

什么是守护进程？

定义一：

在一个多任务的电脑操作系统中，守护进程是一种在后台执行的电脑程序。此类程序会被以进程的形式初始化。守护进程程序的名称通常以字母“d”结尾：例如，syslogd就是指管理系统日志的守护进程。
通常，守护进程没有任何存在的父进程（即PPID=1），且在UNIX系统进程层级中直接位于init之下。守护进程程序通常通过如下方法使自己成为守护进程：对一个子进程运行fork，然后使其父进程立即终止，使得这个子进程能在init下运行。这种方法通常被称为“脱壳”。

定义二：

守护进程也成精灵进程（ daemon ）是生存周期较长的一种进程。它们常常在系统自举时启动，仅在系统关闭时才终止。因为他们没有控制终端，所以说他们是在后台运行的。

守护进程特征：

• 没有终端
• 后台运行
• 父进程PID为0

想要查看运行中的守护进程可以通过 ps -ax 或者 ps -ef 查看，其中 -x 表示会列出没有控制终端的进程。

进程组

是一个或多个进程的集合，进程组有进程组ID来唯一标识。除了进程号（PID）之外，进程组ID也是一个进程的必备属性。每个进程组都有一个组长进程，其组长进程的进程号等于进程组ID，且该进程组ID不会因组长进程的退出而受到影响。

会话周期

会话周期是一个或多个进程组的集合。通常一个会话开始于用户登录，终止于用户退出，在此期间该用户运行的所有进程都属于这个会话期。

如何创建一个守护进程？

1.成为后台进程

fork子进程且父进程退出，控制终端将子进程放入后台执行，方法是在进程中调用fork()，然后父进程终止，所有后续工作在子进程中进行。

用fork创建子进程，父进程退出，子进程成为孤儿进程被init接管，子进程变为后台进程。

2.在子进程中创建新会话

先介绍一下Linux中的 进程 和 控制终端，登陆会话 和 进程 组之间的关系。进程属于一个进程组，进程组号（GID）就是进程组长的进程号（PID）。登陆会话可以包含多个进程组，这些进程组共享一个控制终端，这个控制终端通常是创建进程的登陆终端。控制终端、登陆会话和进程组通常是从父进程继承下来的，我们的目的就是要让子进程脱离它们的控制。方法是在子进程中调用posix_setsid()使之成为会话组长。setsid的作用就是让进程摆脱原会话和原进程组的控制。

Linux内核通过维护会话和进程组来管理多用户进程。每个进程是一个进程组的成员，而每个进程组又是某个会话的成员。一般而言，当用户在某个终端上登录时，一个新的会话就开始了。进程组由组中的领头进程标识，领头进程的进程标识符就是进程组的组标识符。类似的，每个会话也对应有一个领头进程。同一会话中的进程通过该会话的领头进程和一个终端相连，该终端作为这个会话的控制终端。一个会话只能有一个控制终端，而一个控制终端只能控制一个会话。用户通过控制终端，可以向该控制终端所控制的会话中的进程发送键盘信号。同一会话中只能有一个前台进程组，属于前台进程组的进程可从控制终端获得输入，而其他进程均是后台进程，可能分属于不同的后台进程组。

3. 改变当前目录为根目录

进程活动时，其工作目录所在的文件系统不能卸载，一般需要将工作目录改变到根目录。对于需要写运行日志的进程将工作目录改变到特定目录如chdir('/')，如有需要，也可以把当前工作目录换成其他路径。

4. 重设文件权限掩码

进程从父进程那里继承了文件创建掩模，它可能修改守护进程所创建的文件的存取位。为防止这一点，通过 umask(0) 可以将文件掩模清除，如果应用程序根本就不涉及创建新文件或是文件访问权限的限定，这一步不是必须的。

5. 关闭文件描述符

同文件权限掩码一样，新进程会从父进程那里继承一些已经打开了的文件。这些被打开的文件可能永远不被我们的Daemon进程读或写，但它们一样消耗系统资源，而且可能导致所在的文件系统无法卸载。文件描述符为0、1、2的三个文件（分别代表标准输入、标准输出、标准错误），也需要被关闭，在PHP中只需要 fclose() 就可以了。

守护进程示例

<?php

use Exception;

/**
 * 守护进程基类
 * @package Wanglelecc\Process
 *
 * @Author wll
 * @Time 2020-01-31 15:15
 */
class Daemon
{

    /**
     * @var string
     */
    private $stdin = '/dev/null';

    /**
     * @var string
     */
    private $stdout = '/tmp/console.log';

    /**
     * @var string
     */
    private $stderr = '/tmp/console.error.log';
    
    /**
     * 守护进程
     *
     * @throws SystemException
     *
     * @author wll <wanglelecc@gmail.com>
     * @date 2020-01-31 16:25
     */
    public function daemonize(): void
    {
        global $stdin, $stdout, $stderr;

        // 创建一个子进程
        $pid = pcntl_fork();
        if ($pid == -1) {
            throw new Exception("进程创建失败", 1);
        } elseif ($pid > 0) {
            //父进程退出，子进程被1号进程收养
            exit(0);
        }

        //创建一个新的会话，脱离终端控制，更改子进程为组长进程
        $sid = posix_setsid();
        if ($sid == -1) {
            throw new Exception('进程创建新会话失败');
        }

        //修改进程的工作目录，由于子进程会继承父进程的工作目录，修改工作目录释放对父进程工作目录的占用
        chdir('/');

        //重设文件掩码
        umask(0);

        /**
         * 通过上一步，我们创建了一个新的会话组长，进程组长，且脱离了终端，但是会话组长可以申请重新打开一个终端，为了避免
         * 这种情况，我们再次创建一个子进程，并退出当前进程，这样运行的进程就不再是会话组长。
         */
        $pid = pcntl_fork();
        if ($pid == -1) {
            throw new Exception("进程创建失败", 1);
        } elseif ($pid > 0) {
            //再一次退出父进程，子进程成为最终的守护进程
            exit(0);
        }

        //关闭守护进程不是用的标准输入、输出、错误数据的描述符
        fclose(STDIN);
        fclose(STDOUT);
        fclose(STDERR);

        /**
         * 如果关闭了标准输入/输出/错误描述符
         * 那么打开的前三个文件描述符将成为新的标准输入/输出/错误的文件描述符
         * 使用的$stdin,$stdout,$stderr就是普通的变量
         * 必须指定为全局变量，否则文件描述符将在函数执行完毕后被释放
         */
        $stdin  = fopen($this->stdin, 'r');
        $stdout = fopen($this->stdout, 'a+');
        $stderr = fopen($this->stderr, 'a+');
    }
}


// 使用
$daemon = new Daemon();
$daemon->daemonize();

while(true){
    // 处理业务
    echo "test...".PHP_EOL;
    sleep(1);
}

上述代码只是示例使用，实际使用还需要封装一下。

最后

如有描述不当之处，还望及时指正。感谢！