Python守護程式的實現

Daemon場景

考慮以下場景：你編寫了一個python服務程序，並且在命令列下啟動，而你的命令列會話又被終端所控制，python服務成了終端程式的一個子進程。因此如果你關閉了終端，這個命令列程式也會跟著關閉。 

要使你的python服務不受終端機影響而常駐系統，就需要將它變成守護程式。

守護程式就是Daemon程序，是一種在系統後台執行的程序，它獨立於控制終端並且執行一些週期任務或觸發事件，通常被命名為"d"字母結尾，如常見的httpd 、syslogd、systemd和dockerd等。

程式碼實作

python可以很簡潔地實作守護進程，下面給出程式碼和對應註解。這份程式碼穩定運作在我本地電腦的一個守護程式(自製鬧鐘)裡，暫時沒出過問題。

# 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)

概括一下守護程式的寫步驟：

1、fork出子進程，退出父程式 

2、子程式變更工作目錄(chdir)、檔案權限掩碼(umask)、進程組和會話組(setsid) 

3、子進程fork孫子進程，退出子進程 

4、孫子進程刷新緩衝，重定向標準輸入/輸出/錯誤（一般到/dev/null，意即丟棄） 

5、(可選)pid寫入檔案

理解幾個要點

#為什麼要fork兩次 

第一次fork，是為了脫離終端控制的魔爪。父進程之所以退出，是因為終端敲擊鍵盤、或者關閉時給它發送了信號；而fork出來的子進程，在父進程自殺後成為孤兒進程，進而被操作系統的init進程接管，因此脫離終端控制。 

所以其實，第二次fork並不是必須的（很多開源專案裡的程式碼就沒有fork兩次）。只不過出於謹慎考慮，防止進程再次開啟一個控制終端。因為子進程現在是會話組長了（對話期的首次進程），有能力打開控制終端，再fork一次，孫子進程就不能打開控制終端了。

檔案描述子 

Linux是“一切皆檔案”，檔案描述子是核心為已開啟的檔案所建立的索引，通常是非負整數。進程透過檔案描述符執行IO操作。

每個程序有自己的文件描述符表，因此相同的描述符可能指向同一個文件，也可能指向不同文件；來自不同進程的不同的描述符，當然也有可能指向同一個文件。 

預設情況下，0代表標準輸入，1代表標準輸出，2代表標準誤差。

umask權限遮罩 

我們知道，在Linux中，任何一個檔案都有讀取（read）、寫入（write）和執行（execute）的三種使用權限。其中，讀取的權限用數字4代表，寫權限是2，執行權限是1。指令ls -l可以查看檔案權限，r/w/x分別表示具有讀取/寫入/執行權限。 

任何文件，也都有使用者（User）,使用者群組（Group）,其他群組（Others）三種身分權限。一般用3個數字表示檔案權限，例如754：

7，是User權限，即檔案擁有者權限

5，是Group權限，擁有者所在使用者群組的群組員所具有的權限

4，是Others權限，也就是其他群組使用者的權限啦

而umask是為了控制預設權限，防止新建檔案或資料夾具有全權。 

系統一般預設為022（使用指令umask檢視），表示預設建立檔案的權限是644，資料夾是755。你應該可以看出它們的規律，就是檔案權限和umask的相加結果為666（笑），資料夾權限和umask的相加結果為777。

進程組 

每個進程都屬於一個進程組（PG,Process Group），進程組可以包含多個進程。 

進程組有一個進程組長（Leader），進程組長的ID（PID, Process ID）就作為整個進程組的ID（PGID,Process Groupd ID）。

會話群組 

登陸終端機時，就會創造一個會話，多個進程組可以包含在一個會話中。而創建會話的進程，就是會話組長。 

已經是會話群組長度的進程，不可以再呼叫setsid()方法來建立會話。因此，在上面程式碼中，子進程可以呼叫setsid()，而父進程不能，因為它本身就是會話組長。 

另外，sh（Bourne Shell）不支援會話機制，因為會話機制需要shell支援工作控制（Job Control）。

守護程式與後台程式 

透過&符號，可以把指令放到背景執行。它與守護程式是不同的：

1、守護程式與終端無關，是被init程式收養的孤兒程式；而後台程式的父程式是終端，仍然可以在終端機上列印

2、守護程式在關閉終端機時依然堅挺；而後台程序會隨用戶退出而停止，除非加上nohup

3、守護程式改變了會話、進程組、工作目錄和檔案描述符，後台程序直接繼承父進程（shell）的

換句話說：守護進程就是默默地奮鬥打拼的有為青年，而後台進程是默默繼承老爸資產的富二代。

以上是Python守護程式的實現的詳細內容。更多資訊請關注PHP中文網其他相關文章！