深入理解 PHP 高性能框架 Workerman 守护进程原理

2024-08-12 09:10 由 Yxh_blogs 发表于 #后端开发

大家好，我是码农先森。

守护进程顾名思义就是能够在后台一直运行的进程，不会霸占用户的会话终端，脱离了终端的控制。相信朋友们对这东西都不陌生了吧？如果连这个概念都还不能理解的话，建议回炉重造多看看 Linux 进程管理相关的基础知识。在我们日常的编程中常见有类似 php think ...、php artisan ...、php yii ... 等命令启动需要一直执行的任务，都会通过 nohup 挂载到后台保持长期运行的状态。同样在 Workerman 中也是使用类似 php index.php start 的命令来启动进程，但不同的是它不需要利用 nohup 便可以挂载到后台运行。那有些朋友就会好奇它是怎么实现的呢？为了解决朋友们的疑惑，我们今天就重点深入分析一下 Workerman 守护进程的实现原理。

我们先了解一些进程相关的知识：

父进程：父进程是生成其他进程的进程。当一个进程创建了另一个进程时，创建者被称为父进程，而被创建的进程则成为子进程。父进程可以通过进程标识符（PID）来识别它所创建的子进程。
子进程：子进程是由父进程创建的新进程。子进程继承了父进程的一些属性，例如环境变量、文件描述符等。子进程独立于父进程运行，它可以执行自己的代码，并且具有自己的资源和内存空间。
进程组：进程组是一组相关联的进程的集合。每个进程组都有一个唯一的进程组ID（PGID），用于标识该进程组。进程组通常由一个父进程创建，并且包含了与父进程具有相同会话ID（SID）的所有子进程。
会话：会话是一组关联进程的集合，通常由用户登录到系统开始，直至用户注销或关闭终端会话结束，一个会话中的进程共享相同的控制终端。每个会话都有一个唯一的会话ID（SID），用于标识该会话。会话通常包含一个或多个进程组，其中第一个进程组成为会话的主进程组。

这些概念俗称八股文，向来都不怎么好理解，那我们来看个例子。执行了命令 php index.php 便产生了进程 61052「该进程的父进程是 Bash 进程 8243，这里不用管它」，然后通过 Fork 创建了子进程 61053 且其父进程就是 61052，这两个进程拥有共同的进程组 61052 和会话 8243。调用 posix_setsid 函数，将会为子进程 61053 开启新的进程组 61053 和新的会话 61053，这里的会话可以理解为一个新的命令窗口终端。最后子进程 61053 通过 Fork 创建了子进程 61054，进程 61053 升级成了父进程，这里再次 Fork 的原因是要避免被终端控制进程所关联，这个进程 61052 是在终端的模式下创建的，自此进程 61054 就形成了守护进程。

[manongsen@root phpwork]$ php index.php
[parent] 进程ID: 61052, 父进程ID: 8243, 进程组ID: 61052, 会话ID: 8243 
[parent1] 进程ID: 61052, 父进程ID: 8243, 进程组ID: 61052, 会话ID: 8243 退出了该进程
[child1] 进程ID: 61053, 父进程ID: 61052, 进程组ID: 61052, 会话ID: 8243 
[child1] 进程ID: 61053, 父进程ID: 61052, 进程组ID: 61053, 会话ID: 61053 
[parent2] 进程ID: 61053, 父进程ID: 61052, 进程组ID: 61053, 会话ID: 61053 退出了该进程
[child2] 进程ID: 61054, 父进程ID: 61053, 进程组ID: 61053, 会话ID: 61053 保留了该进程

[manongsen@root phpwork]$ ps aux | grep index.php
root             66064   0.0  0.0 408105040   1472 s080  S+   10:00下午   0:00.00 grep index.php
root             61054   0.0  0.0 438073488    280   ??  S    10:00下午   0:00.00 php index.php

上面举例的进程信息，正是这段代码运行所产生的。如果看了这段代码且细心的朋友，会发现为什么 posix_setsid 这个函数不放在第一次 Fork 前调用，而在第二次 Fork 前调用呢，这样的话就不用 Fork 两次了？原因是组长进程是不能创建会话的，进程组ID 61052 和进程ID 61052 相同「即当前进程则为组长进程」，所以需要子进程来创建新的会话，这一点需要特别注意一下。

<?php

function echoMsg($prefix, $suffix="") {
    // 进程ID
    $pid = getmypid(); 
    // 进程组ID
    $pgid = posix_getpgid($pid);
    // 会话ID
    $sid = posix_getsid($pid); 
    // 父进程ID
    $ppid = posix_getppid();

    echo "[{$prefix}] 进程ID: {$pid}, 父进程ID: {$ppid}, 进程组ID: {$pgid}, 会话ID: {$sid} {$suffix}" . PHP_EOL;
}

// [parent] 进程ID: 61052, 父进程ID: 8243, 进程组ID: 61052, 会话ID: 8243
echoMsg("parent");

// 第一次 Fork 进程  
$pid = pcntl_fork();
if ( $pid < 0 ) {
    exit('fork error');
} else if( $pid > 0 ) {
    // [parent1] 进程ID: 61052, 父进程ID: 8243, 进程组ID: 61052, 会话ID: 8243 退出了该进程
    echoMsg("parent1", "退出了该进程");
    exit;
}

// 创建的 子进程ID 为 61053 但 进程组、会话 还是和父进程是同一个
// [child1] 进程ID: 61053, 父进程ID: 61052, 进程组ID: 61052, 会话ID: 8243 
echoMsg("child1");

// 调用 posix_setsid 函数，会创建一个新的会话和进程组，并设置 进程组ID 和 会话ID 为该 进程ID
if (-1 === \posix_setsid()) {
    throw new Exception("Setsid fail");
}

// 现在会发现 进程组ID 和 会话ID 都变成了 61053 在这里相当于启动了一个类似 Linux 终端下的会话窗口
// [child1] 进程ID: 61053, 父进程ID: 61052, 进程组ID: 61053, 会话ID: 61053 
echoMsg("child1");

// 第二次 Fork 进程
// 这里需要二次 Fork 进程的原因是避免被终端控制进程所关联，这个进程 61052 是在终端的模式下创建的
// 需要脱离这个进程 61052 以确保守护进程的稳定
$pid = pcntl_fork();
if ( $pid  < 0 ){
    exit('fork error');
} else if( $pid > 0 ) {
    // [parent2] 进程ID: 61053, 父进程ID: 61052, 进程组ID: 61053, 会话ID: 61053 退出了该进程
    echoMsg("parent2", "退出了该进程");
    exit;
}

// 到这里该进程已经脱离了终端进程的控制，形成了守护进程
// [child2] 进程ID: 61054, 父进程ID: 61053, 进程组ID: 61053, 会话ID: 61053 保留了该进程
echoMsg("child2", "保留了该进程");

sleep(100);

有时间的朋友最好自行执行代码并分析一遍，会有不一样的收获。这里假装你已经实践过了，这下我们来看 Workerman 的 Worker.php 文件中 554 行的 runAll 方法中的 static::daemonize() 这个函数，实现的流程逻辑和上面的例子几乎一样。不过这里还使用了 umask 这个函数，其主要的作用是为该进程所创建的文件或目录赋予相应的权限，保证有权限操作文件或目录。

// workerman/Worker.php:554
/**
 * Run all worker instances.
 * 运行进程
 * @return void
 */
public static function runAll()
{
    static::checkSapiEnv();
    static::init();
    static::parseCommand();
    static::lock();
    // 创建进程并形成守护进程
    static::daemonize();
    static::initWorkers();
    static::installSignal();
    static::saveMasterPid();
    static::lock(\LOCK_UN);
    static::displayUI();
    static::forkWorkers();
    static::resetStd();
    static::monitorWorkers();
}

// workerman/Worker.php:1262
/**
 * Run as daemon mode.
 * 使用守护进程模式运行
 * @throws Exception
 */
protected static function daemonize()
{
	// 判断是否已经是守护状态、以及当前系统是否是 Linux 环境
    if (!static::$daemonize || static::$_OS !== \OS_TYPE_LINUX) {
        return;
    }
    
    // 设置 umask 为 0 则当前进程创建的文件权限都为 777 拥有最高权限
    \umask(0);
    
    // 第一次创建进程
    $pid = \pcntl_fork();
    if (-1 === $pid) {
    	// 创建进程失败
        throw new Exception('Fork fail');
    } elseif ($pid > 0) {
    	// 主进程退出
        exit(0);
    }

	// 子进程继续执行...
    // 调用 posix_setsid 函数，可以让进程脱离父进程，转变为守护进程
    if (-1 === \posix_setsid()) {
        throw new Exception("Setsid fail");
    }

	// 第二次创建进程，在基于 System V 的系统中，通过再次 Fork 父进程退出
	// 保证形成的守护进程，不会成为会话首进程，不会拥有控制终端
    $pid = \pcntl_fork();
    if (-1 === $pid) {
    	// 创建进程失败
        throw new Exception("Fork fail");
    } elseif (0 !== $pid) {
    	// 主进程退出
        exit(0);
    }

    // 子进程继续执行...
}

守护进程也是 Workerman 中重要的一部分，它保障了 Workerman 进程的稳定性。不像我们通过 nohup 启动的命令，挂起到后台之后，有时还神不知鬼不觉的就挂了，朋友们或许都有这样的经历吧。当然在市面上也有一些开源的守护进程管理软件，比如 supervisor 等，其次还有人利用会话终端 screen、tmux 等工具来实现。其实守护进程的实现方式有多种多样，我们这里只是为了分析 Workerman 中守护进程的实现原理，而引出了在 PHP 中实现守护进程模式的例子，希望本次的内容能对你有所帮助。

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