PHP7实现daemon守护进程详解

本篇文章主要讲述的是用PHP7实现daemon守护进程，具有一定的参考价值，感兴趣的朋友可以了解一下。

在一个多任务的计算机操作系统中，守护进程是一种在后台执行的计算机程序。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。

daemon 程序是一直运行的服务端程序，又称为守护进程。通常在系统后台运行，没有控制终端不与前台交互，daemon 程序一般作为系统服务使用。daemon  是长时间运行的进程，通常在系统启动后就运行，在系统关闭时才结束。一般说Daemon程序在后台运行，是因为它没有控制终端，无法和前台的用户交互。daemon程序一般都作为服务程序使用，等待客户端程序与它通信。我们也把运行的daemon程序称作守护进程。

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”。 

系统通常在启动时一同起动守护进程。守护进程为对网络请求，硬件活动等进行响应，或其他通过某些任务对其他应用程序的请求进行回应提供支持。守护进程也能够对硬件进行配置（如在某些Linux系统上的devfsd），运行计划任务（例如cron），以及运行其他任务。每个进程都有一个父进程，子进程退出，父进程能得到子进程退出的状态。

守护进程简单地说就是可以脱离终端而在后台运行的进程 . 这在Linux中是非常常见的一种进程 , 比如apache或者mysql等服务启动后 , 就会以守护进程的方式进驻在内存中 。守护程序是在后台运行的应用程序，而不是由用户直接操作。守护进程的例子是Cron和MySQL。 使用PHP守护进程非常简单，并且需要使用PHP 4.1或更高版本编译参数：--enable-pcntl 

假如有个耗时间的任务需要跑在后台 : 将所有mysql中user表中的2000万用户全部导入到redis中做预热缓存 , 那么这个任务估计一时半会是不会结束的 , 这个时候就需要编写一个php脚本以daemon形式运行在系统中 , 结束后自动推出。

在Linux中 , 有三种方式实现脚本后台化 :

1 . 在命令后添加一个&符号

比如 php task.php & . 这个方法的缺点在于 如果terminal终端关闭 , 无论是正常关闭还是非正常关闭 , 这个php进程都会随着终端关闭而关闭 , 其次是代码中如果有echo或者print_r之类的输出文本 , 会被输出到当前的终端窗口中 。

2 . 使用nohup命令 

比如 nohup php task.php & . 默认情况下 , 代码中echo或者print_r之类输出的文本会被输出到php代码同级目录的nohup.out文件中 . 如果你用exit命令或者关闭按钮等正常手段关闭终端 , 该进程不会被关闭 , 依然会在后台持续运行 . 但是如果终端遇到异常退出或者终止 , 该php进程也会随即退出 . 本质上 , 也并非稳定可靠的daemon方案 。

3 . 通过 pcntl 与 posix 扩展实现

编程中需要注意的地方有：

• 通过二次 pcntl_fork() 以及 posix_setsid 让主进程脱离终端
• 通过 pcntl_signal() 忽略或者处理 SIGHUP 信号
• 多进程程序需要通过二次 pcntl_fork() 或者 pcntl_signal() 忽略 SIGCHLD 信号防止子进程变成 Zombie 进程
• 通过 umask() 设定文件权限掩码，防止继承文件权限而来的权限影响功能
• 将运行进程的 STDIN/STDOUT/STDERR 重定向到 /dev/null 或者其他流上

daemon有如下特征：

• 没有终端
• 后台运行
• 父进程 pid 为1

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。

fork 系统调用

       fork 系统调用用于复制一个与父进程几乎完全相同的进程，新生成的子进程不同的地方在于与父进程有着不同的 pid 以及有不同的内存空间，根据代码逻辑实现，父子进程可以完成一样的工作，也可以不同。子进程会从父进程中继承比如文件描述符一类的资源。

PHP 中的 pcntl 扩展中实现了 pcntl_fork() 函数，用于在 PHP 中 fork 新的进程。

setsid 系统调用

setsid 系统调用则用于创建一个新的会话并设定进程组 id。这里有几个概念：会话，进程组。

　　在 Linux 中，用户登录产生一个会话（Session），一个会话中包含一个或者多个进程组，一个进程组又包含多个进程。每个进程组有一个组长（Session Leader），它的 pid 就是进程组的组 id。进程组长一旦打开一个终端，这一个终端就被称为控制终端。一旦控制终端发生异常（断开、硬件错误等），会发出信号到进程组组长。

　　后台运行程序（如 shell 中以&结尾执行指令）在终端关闭之后也会被杀死，就是没有处理好控制终端断开时发出的SIGHUP信号，而SIGHUP信号对于进程的默认行为则是退出进程。

调用 setsid 系统调用之后，会让当前的进程新建一个进程组，如果在当前进程中不打开终端的话，那么这一个进程组就不会存在控制终端，也就不会出现因为关闭终端而杀死进程的问题。

PHP 中的 posix 扩展中实现了 posix_setsid() 函数，用于在 PHP 中设定新的进程组。

二次 fork 的作用

首先，setsid 系统调用不能由进程组组长调用，会返回-1。

二次 fork 操作的样例代码如下：

<span style="font-size: 16px;">$pid1 = pcntl_fork();

if ($pid1 > 0) {</span><br/><span style="font-size: 16px;">    // 父进程会得到子进程号，所以这里是父进程执行的逻辑
    exit('parent process. 1'."\n");
} else if ($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");
}</span>

pcntl_fork() 函数创建一个子进程，这个子进程仅PID（进程号） 和PPID（父进程号）与其父进程不同。

返回值

　　成功时，在父进程执行线程内返回产生的子进程的PID，在子进程执行线程内返回 0，失败时，在 父进程上下文返回 -1，不会创建子进程，并且会引发一个PHP错误。

假定我们在终端中执行应用程序，进程为 a，第一次 fork 会生成子进程 b，如果 fork 成功，父进程 a 退出。b 作为孤儿进程，被 init 进程托管。

此时，进程 b 处于进程组 a 中，进程 b 调用 posix_setsid 要求生成新的进程组，调用成功后当前进程组变为 b。

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

此时进程 b 事实上已经脱离任何的控制终端，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);
}

执行程序之后：　　

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

重新打开一个shell窗口，效果一样，都在呢

从 ps 的结果来看，process_b 的 TTY 已经变成了 ？，即没有对应的控制终端。

代码走到这里，似乎已经完成了功能，关闭终端之后 process_b 也没有被杀死，但是为什么还要进行第二次 fork 操作呢？

StackOverflow 上的一个回答写的很好：

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.

这是为了防止实际的工作的进程主动关联或者意外关联控制终端，再次 fork 之后生成的新进程由于不是进程组组长，是不能申请关联控制终端的。

综上，二次 fork 与 setsid 的作用是生成新的进程组，防止工作进程关联控制终端。　

写一个demo测试下

<?php
// 第一次fork系统调用
$pid_A = pcntl_fork();

// 父进程 和 子进程 都会执行下面代码
if ($pid_A < 0) {
    // 错误处理: 创建子进程失败时返回-1.
    exit('A fork error ');
} else if ($pid_A > 0) {
     // 父进程会得到子进程号，所以这里是父进程执行的逻辑
    exit("A parent process exit \n");
}

// B 作为孤儿进程，被 init 进程托管，此时，进程 B 处于进程组 A 中

// 子进程得到的$pid为0, 所以以下是子进程执行的逻辑，受控制终端的影响，控制终端关闭则这里也会退出

// [子进程] 控制终端未关闭前，将当前子进程提升会会话组组长，及进程组的leader
// 进程 B 调用 posix_setsid 要求生成新的进程组，调用成功后当前进程组变为 B
if (-1 == posix_setsid()) {
    exit("Failed to setsid\n");
}

// 此时进程 B 已经脱离任何的控制终端

// [子进程]  这时候在【进程组B】中，重新fork系统调用（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");
}

// [新子进程] 这里是新生成的进程组，不受控制终端的影响，写写自己的业务逻辑代码
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 下跑回直接抛出异常

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 下执行，输出结果

<span style="font-size: 16px;">php daemon.php</span><br/><span style="font-size: 16px;">...
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</span>

所以，现在即使关闭了终端，改脚本任然在后台守护进程运行

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