[转]Python 守护进程

本文详细介绍了如何创建和管理守护进程,包括关键步骤、代码实现及背后的原理,旨在帮助开发者更好地理解并运用守护进程。

守护进程:通常被定义为一个后台进程,而且它不属于任何一个终端会话(terminal session)。许多系统服务由守护程序实施;如网络服务,打印等。 
下面是转自一位网友写的编写守护进程的步骤:
1. 调用fork()以便父进程可以退出,这样就将控制权归还给运行你程序的
    命令行或shell程序。需要这一步以便保证新进程不是一个进程组头领进程(process
    group leader)。下一步,‘setsid()’,会因为你是进程组头领进程而失败。
2. 调用‘setsid()’ 以便成为一个进程组和会话组的头领进程。由于一个控制终端
    与一个会话相关联,而且这个新会话还没有获得一个控制终端,我们的进程没
    有控制终端,这对于守护程序来说是一件好事。
3. 再次调用‘fork()’所以父进程(会话组头领进程)可以退出。这意味着我们,一
    个非会话组头领进程永远不能重新获得控制终端。
4. 调用‘chdir("/")’确认我们的进程不保持任何目录于使用状态。不做这个会导
    致系统管理员不能卸装(umount)一个文件系统,因为它是我们的当前工作目录。
    [类似的,我们可以改变当前目录至对于守护程序运行重要的文件所在目录]
5. 调用‘umask(0)’以便我们拥有对于我们写的任何东西的完全控制。我们不知
    道我们继承了什么样的umask。
    [这一步是可选的](译者注:这里指步骤5,因为守护程序不一定需要写文件)
6. 调用‘close()’关闭文件描述符0,1和2。这样我们释放了从父进程继承的标
    准输入,标准输出,和标准错误输出。我们没办法知道这些文描述符符可能
    已经被重定向去哪里。注意到许多守护程序使用‘sysconf()’来确认
    ‘_SC_OPEN_MAX’的限制。‘_SC_OPEN_MAX’告诉你每个进程能够打
    开的最多文件数。然后使用一个循环,守护程序可以关闭所有可能的文件描
    述符。你必须决定你需要做这个或不做。如果你认为有可能有打开的文件描
    述符,你需要关闭它们,因为系统有一个同时打开文件数的限制。
7. 为标准输入,标准输出和标准错误输出建立新的文件描述符。即使你不打算
    使用它们,打开着它们不失为一个好主意。准确操作这些描述符是基于各自
    爱好;比如说,如果你有一个日志文件,你可能希望把它作为标准输出和标
    准错误输出打开,而把‘/dev/null’作为标准输入打开;作为替代方法,你可
    以将‘/dev/console’作为标准错误输出和/或标准输出打开,而‘/dev/null’作
    为标准输入,或者任何其它对你的守护程序有意义的结合方法。(译者注:一
    般使用dup2函数原子化关闭和复制文件描述符。
说实话,上面这段文字看着有点云里雾里,下面看个具体的代码(我只粘贴了函数的第一部分,也是最重要的一部分,要查看整个代码,请移步到这http://www.pythonid.com/bbs/redirect.php?tid=239&goto=lastpost&highlight=自行查看):

def daemonize(stdout='/dev/null', stderr=None, stdin='/dev/null',
              pidfile=None, startmsg = 'started with pid %s' ):
    '''
         This forks the current process into a daemon.
         The stdin, stdout, and stderr arguments are file names that
         will be opened and be used to replace the standard file descriptors
         in sys.stdin, sys.stdout, and sys.stderr.
         These arguments are optional and default to /dev/null.
        Note that stderr is opened unbuffered, so
        if it shares a file with stdout then interleaved output
         may not appear in the order that you expect.
     '''
    # flush io
    sys.stdout.flush()
    sys.stderr.flush()
    # Do first fork.
    try:
        pid = os.fork()
        if pid > 0: sys.exit(0) # Exit first parent.
    except OSError, e:
        sys.stderr.write("fork #1 failed: (%d) %s\n" % (e.errno, e.strerror))
        sys.exit(1)      
    # Decouple from parent environment.
    os.chdir("/")
    os.umask(0)
    os.setsid()
    # Do second fork.
    try:
        pid = os.fork()
        if pid > 0: sys.exit(0) # Exit second parent.
    except OSError, e:
        sys.stderr.write("fork #2 failed: (%d) %s\n" % (e.errno, e.strerror))
        sys.exit(1)
    # Open file descriptors and print start message
    if not stderr: stderr = stdout
        si = file(stdin, 'r')
        so = file(stdout, 'a+')
        se = file(stderr, 'a+', 0)  #unbuffered
        pid = str(os.getpid())
        sys.stderr.write("\n%s\n" % startmsg % pid)
        sys.stderr.flush()
    if pidfile: file(pidfile,'w+').write("%s\n" % pid)
    # Redirect standard file descriptors.
    os.dup2(si.fileno(), sys.stdin.fileno())
    os.dup2(so.fileno(), sys.stdout.fileno())
    os.dup2(se.fileno(), sys.stderr.fileno())

仔细比对前面说的步骤和代码,大体上是没有什么问题了,但是疑问就来了,os.fork()到底是怎么工作的呢,GOOGLE了个遍,最后的结论是这样:
  父进程执行代码到os.fork()处时,会将自己整个拷贝一份(即子进程)这时候父进程os.fork()的返回值大于零(即子进程的PID),子进程os.fork()的返回值等于零,父进程结束,子进程继续执行,这时候又遇到第二个os.fork(),如上次一样,原来的子进程变成了父进程,又产生新的子进程,之后父进程就结束。这就能够说通第一次是避免process group leader,第二次是避免session group leader。子进程就变成了一个无终端,无会话的完全自我掌控的后台进程了。

Python中创建和管理守护进程,通常涉及将程序从控制终端分离,使其在后台持续运行。实现守护进程的核心思想是通过`fork()`函数创建子进程,并让父进程退出,确保子进程独立运行。以下是实现方式: ### 创建守护进程的步骤 1. **第一次`fork()`**:通过`os.fork()`创建子进程,父进程退出。这样可以使子进程脱离当前终端会话,成为孤儿进程,由系统进程(如`init`)接管。 2. **创建新的会话**:子进程中调用`os.setsid()`,创建一个新的会话并脱离控制终端。 3. **第二次`fork()`**:再次调用`os.fork()`,防止新会话组长重新获得控制终端。 4. **设置工作目录**:通常使用`os.chdir()`将当前工作目录更改为根目录或指定目录,防止卸载文件系统时出现问题。 5. **设置文件权限掩码**:通过`os.umask(0)`设置默认的文件权限掩码。 6. **重定向标准输入、输出和错误**:将`sys.stdin`、`sys.stdout`和`sys.stderr`重定向到`/dev/null`,避免守护进程因终端关闭而崩溃。 ### 示例代码 以下是一个完整的Python守护进程实现示例: ```python import os import sys import time def daemonize(): # 第一次 fork pid = os.fork() if pid < 0: sys.exit(1) elif pid > 0: sys.exit(0) # 父进程退出 # 创建新的会话 os.setsid() # 第二次 fork pid = os.fork() if pid < 0: sys.exit(1) elif pid > 0: sys.exit(0) # 子进程退出,孙子进程继续运行 # 设置工作目录 os.chdir('/') # 设置 umask os.umask(0) # 重定向标准输入、输出和错误 sys.stdin = open('/dev/null', 'r') sys.stdout = open('/dev/null', 'w') sys.stderr = open('/dev/null', 'w') # 守护进程主循环 while True: time.sleep(10) if __name__ == '__main__': daemonize() ``` ### 使用`python-daemon`库简化实现 Python 提供了第三方库 `python-daemon`,可以简化守护进程的创建过程。使用该库时,不需要手动处理`fork()`和文件描述符重定向等复杂操作。 ```bash pip install python-daemon ``` 示例代码如下: ```python import daemon import time def run(): while True: time.sleep(10) if __name__ == '__main__': with daemon.DaemonContext(): run() ``` ### 守护进程的管理 管理守护进程通常涉及以下操作: 1. **启动**:通过脚本或命令启动守护进程。 2. **停止**:根据进程PID终止守护进程。 3. **重启**:先停止再启动守护进程。 4. **日志记录**:将守护进程的输出重定向到日志文件,便于调试和监控。 可以通过编写脚本实现这些功能,也可以使用系统服务管理工具(如`systemd`)来管理守护进程。 ### 守护进程的通信 守护进程通常通过信号处理与外部交互。例如,使用`signal`模块捕获`SIGTERM`信号,实现优雅退出: ```python import signal import sys def signal_handler(sig, frame): print('收到终止信号,准备退出...') sys.exit(0) signal.signal(signal.SIGTERM, signal_handler) ``` ### 示例:守护进程与日志记录 ```python import os import sys import time import logging def daemonize(log_file): # 配置日志 logging.basicConfig(filename=log_file, level=logging.INFO, format='%(asctime)s - %(message)s') pid = os.fork() if pid < 0: sys.exit(1) elif pid > 0: sys.exit(0) os.setsid() pid = os.fork() if pid < 0: sys.exit(1) elif pid > 0: sys.exit(0) os.chdir('/') os.umask(0) sys.stdin = open('/dev/null', 'r') sys.stdout = open('/dev/null', 'w') sys.stderr = open('/dev/null', 'w') while True: logging.info('守护进程正在运行...') time.sleep(10) if __name__ == '__main__': daemonize('/var/log/mydaemon.log') ``` ###
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