深入理解 PHP 高性能框架 Workerman 守護(hù)進(jìn)程原理

作者：碼農(nóng)先森 2024-08-12 08:43:09

大家好，我是碼農(nóng)先森。

守護(hù)進(jìn)程顧名思義就是能夠在后臺(tái)一直運(yùn)行的進(jìn)程，不會(huì)霸占用戶的會(huì)話終端，脫離了終端的控制。相信朋友們對(duì)這東西都不陌生了吧？如果連這個(gè)概念都還不能理解的話，建議回爐重造多看看 Linux 進(jìn)程管理相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)。在我們?nèi)粘５木幊讨谐Ｒ娪蓄愃?nbsp;php think ...、php artisan ...、php yii ... 等命令啟動(dòng)需要一直執(zhí)行的任務(wù)，都會(huì)通過 nohup 掛載到后臺(tái)保持長(zhǎng)期運(yùn)行的狀態(tài)。同樣在 Workerman 中也是使用類似 php index.php start 的命令來啟動(dòng)進(jìn)程，但不同的是它不需要利用 nohup 便可以掛載到后臺(tái)運(yùn)行。那有些朋友就會(huì)好奇它是怎么實(shí)現(xiàn)的呢？為了解決朋友們的疑惑，我們今天就重點(diǎn)深入分析一下 Workerman 守護(hù)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)原理。

我們先了解一些進(jìn)程相關(guān)的知識(shí)：

父進(jìn)程：父進(jìn)程是生成其他進(jìn)程的進(jìn)程。當(dāng)一個(gè)進(jìn)程創(chuàng)建了另一個(gè)進(jìn)程時(shí)，創(chuàng)建者被稱為父進(jìn)程，而被創(chuàng)建的進(jìn)程則成為子進(jìn)程。父進(jìn)程可以通過進(jìn)程標(biāo)識(shí)符（PID）來識(shí)別它所創(chuàng)建的子進(jìn)程。
子進(jìn)程：子進(jìn)程是由父進(jìn)程創(chuàng)建的新進(jìn)程。子進(jìn)程繼承了父進(jìn)程的一些屬性，例如環(huán)境變量、文件描述符等。子進(jìn)程獨(dú)立于父進(jìn)程運(yùn)行，它可以執(zhí)行自己的代碼，并且具有自己的資源和內(nèi)存空間。
進(jìn)程組：進(jìn)程組是一組相關(guān)聯(lián)的進(jìn)程的集合。每個(gè)進(jìn)程組都有一個(gè)唯一的進(jìn)程組ID（PGID），用于標(biāo)識(shí)該進(jìn)程組。進(jìn)程組通常由一個(gè)父進(jìn)程創(chuàng)建，并且包含了與父進(jìn)程具有相同會(huì)話ID（SID）的所有子進(jìn)程。
會(huì)話：會(huì)話是一組關(guān)聯(lián)進(jìn)程的集合，通常由用戶登錄到系統(tǒng)開始，直至用戶注銷或關(guān)閉終端會(huì)話結(jié)束，一個(gè)會(huì)話中的進(jìn)程共享相同的控制終端。每個(gè)會(huì)話都有一個(gè)唯一的會(huì)話ID（SID），用于標(biāo)識(shí)該會(huì)話。會(huì)話通常包含一個(gè)或多個(gè)進(jìn)程組，其中第一個(gè)進(jìn)程組成為會(huì)話的主進(jìn)程組。

這些概念俗稱八股文，向來都不怎么好理解，那我們來看個(gè)例子。執(zhí)行了命令 php index.php 便產(chǎn)生了進(jìn)程 61052「該進(jìn)程的父進(jìn)程是 Bash 進(jìn)程 8243，這里不用管它」，然后通過 Fork 創(chuàng)建了子進(jìn)程 61053 且其父進(jìn)程就是 61052，這兩個(gè)進(jìn)程擁有共同的進(jìn)程組 61052 和會(huì)話 8243。調(diào)用 posix_setsid 函數(shù)，將會(huì)為子進(jìn)程 61053 開啟新的進(jìn)程組 61053 和新的會(huì)話 61053，這里的會(huì)話可以理解為一個(gè)新的命令窗口終端。最后子進(jìn)程 61053 通過 Fork 創(chuàng)建了子進(jìn)程 61054，進(jìn)程 61053 升級(jí)成了父進(jìn)程，這里再次 Fork 的原因是要避免被終端控制進(jìn)程所關(guān)聯(lián)，這個(gè)進(jìn)程 61052 是在終端的模式下創(chuàng)建的，自此進(jìn)程 61054 就形成了守護(hù)進(jìn)程。

[manongsen@root phpwork]$ php index.php
[parent] 進(jìn)程ID: 61052, 父進(jìn)程ID: 8243, 進(jìn)程組ID: 61052, 會(huì)話ID: 8243 
[parent1] 進(jìn)程ID: 61052, 父進(jìn)程ID: 8243, 進(jìn)程組ID: 61052, 會(huì)話ID: 8243 退出了該進(jìn)程
[child1] 進(jìn)程ID: 61053, 父進(jìn)程ID: 61052, 進(jìn)程組ID: 61052, 會(huì)話ID: 8243 
[child1] 進(jìn)程ID: 61053, 父進(jìn)程ID: 61052, 進(jìn)程組ID: 61053, 會(huì)話ID: 61053 
[parent2] 進(jìn)程ID: 61053, 父進(jìn)程ID: 61052, 進(jìn)程組ID: 61053, 會(huì)話ID: 61053 退出了該進(jìn)程
[child2] 進(jìn)程ID: 61054, 父進(jìn)程ID: 61053, 進(jìn)程組ID: 61053, 會(huì)話ID: 61053 保留了該進(jìn)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

上面舉例的進(jìn)程信息，正是這段代碼運(yùn)行所產(chǎn)生的。如果看了這段代碼且細(xì)心的朋友，會(huì)發(fā)現(xiàn)為什么 posix_setsid 這個(gè)函數(shù)不放在第一次 Fork 前調(diào)用，而在第二次 Fork 前調(diào)用呢，這樣的話就不用 Fork 兩次了？原因是組長(zhǎng)進(jìn)程是不能創(chuàng)建會(huì)話的，進(jìn)程組ID 61052 和進(jìn)程ID 61052 相同「即當(dāng)前進(jìn)程則為組長(zhǎng)進(jìn)程」，所以需要子進(jìn)程來創(chuàng)建新的會(huì)話，這一點(diǎn)需要特別注意一下。

<?php

function echoMsg($prefix, $suffix="") {
    // 進(jìn)程ID
    $pid = getmypid(); 
    // 進(jìn)程組ID
    $pgid = posix_getpgid($pid);
    // 會(huì)話ID
    $sid = posix_getsid($pid); 
    // 父進(jìn)程ID
    $ppid = posix_getppid();

    echo "[{$prefix}] 進(jìn)程ID: {$pid}, 父進(jìn)程ID: {$ppid}, 進(jìn)程組ID: {$pgid}, 會(huì)話ID: {$sid} {$suffix}" . PHP_EOL;
}

// [parent] 進(jìn)程ID: 61052, 父進(jìn)程ID: 8243, 進(jìn)程組ID: 61052, 會(huì)話ID: 8243
echoMsg("parent");

// 第一次 Fork 進(jìn)程  
$pid = pcntl_fork();
if ( $pid < 0 ) {
    exit('fork error');
} else if( $pid > 0 ) {
    // [parent1] 進(jìn)程ID: 61052, 父進(jìn)程ID: 8243, 進(jìn)程組ID: 61052, 會(huì)話ID: 8243 退出了該進(jìn)程
    echoMsg("parent1", "退出了該進(jìn)程");
    exit;
}

// 創(chuàng)建的 子進(jìn)程ID 為 61053 但 進(jìn)程組、會(huì)話 還是和父進(jìn)程是同一個(gè)
// [child1] 進(jìn)程ID: 61053, 父進(jìn)程ID: 61052, 進(jìn)程組ID: 61052, 會(huì)話ID: 8243 
echoMsg("child1");

// 調(diào)用 posix_setsid 函數(shù)，會(huì)創(chuàng)建一個(gè)新的會(huì)話和進(jìn)程組，并設(shè)置 進(jìn)程組ID 和 會(huì)話ID 為該 進(jìn)程ID
if (-1 === \posix_setsid()) {
    throw new Exception("Setsid fail");
}

// 現(xiàn)在會(huì)發(fā)現(xiàn) 進(jìn)程組ID 和 會(huì)話ID 都變成了 61053 在這里相當(dāng)于啟動(dòng)了一個(gè)類似 Linux 終端下的會(huì)話窗口
// [child1] 進(jìn)程ID: 61053, 父進(jìn)程ID: 61052, 進(jìn)程組ID: 61053, 會(huì)話ID: 61053 
echoMsg("child1");

// 第二次 Fork 進(jìn)程
// 這里需要二次 Fork 進(jìn)程的原因是避免被終端控制進(jìn)程所關(guān)聯(lián)，這個(gè)進(jìn)程 61052 是在終端的模式下創(chuàng)建的
// 需要脫離這個(gè)進(jìn)程 61052 以確保守護(hù)進(jìn)程的穩(wěn)定
$pid = pcntl_fork();
if ( $pid  < 0 ){
    exit('fork error');
} else if( $pid > 0 ) {
    // [parent2] 進(jìn)程ID: 61053, 父進(jìn)程ID: 61052, 進(jìn)程組ID: 61053, 會(huì)話ID: 61053 退出了該進(jìn)程
    echoMsg("parent2", "退出了該進(jìn)程");
    exit;
}

// 到這里該進(jìn)程已經(jīng)脫離了終端進(jìn)程的控制，形成了守護(hù)進(jìn)程
// [child2] 進(jìn)程ID: 61054, 父進(jìn)程ID: 61053, 進(jìn)程組ID: 61053, 會(huì)話ID: 61053 保留了該進(jìn)程
echoMsg("child2", "保留了該進(jìn)程");

sleep(100);

有時(shí)間的朋友最好自行執(zhí)行代碼并分析一遍，會(huì)有不一樣的收獲。這里假裝你已經(jīng)實(shí)踐過了，這下我們來看 Workerman 的 Worker.php 文件中 554 行的 runAll 方法中的 static::daemonize() 這個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)的流程邏輯和上面的例子幾乎一樣。不過這里還使用了 umask 這個(gè)函數(shù)，其主要的作用是為該進(jìn)程所創(chuàng)建的文件或目錄賦予相應(yīng)的權(quán)限，保證有權(quán)限操作文件或目錄。

// workerman/Worker.php:554
/**
 * Run all worker instances.
 * 運(yùn)行進(jìn)程
 * @return void
 */
public static function runAll()
{
    static::checkSapiEnv();
    static::init();
    static::parseCommand();
    static::lock();
    // 創(chuàng)建進(jìn)程并形成守護(hù)進(jìn)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.
 * 使用守護(hù)進(jìn)程模式運(yùn)行
 * @throws Exception
 */
protected static function daemonize()
{
 // 判斷是否已經(jīng)是守護(hù)狀態(tài)、以及當(dāng)前系統(tǒng)是否是 Linux 環(huán)境
    if (!static::$daemonize || static::$_OS !== \OS_TYPE_LINUX) {
        return;
    }
    
    // 設(shè)置 umask 為 0 則當(dāng)前進(jìn)程創(chuàng)建的文件權(quán)限都為 777 擁有最高權(quán)限
    \umask(0);
    
    // 第一次創(chuàng)建進(jìn)程
    $pid = \pcntl_fork();
    if (-1 === $pid) {
     // 創(chuàng)建進(jìn)程失敗
        throw new Exception('Fork fail');
    } elseif ($pid > 0) {
     // 主進(jìn)程退出
        exit(0);
    }

 // 子進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行...
    // 調(diào)用 posix_setsid 函數(shù)，可以讓進(jìn)程脫離父進(jìn)程，轉(zhuǎn)變?yōu)槭刈o(hù)進(jìn)程
    if (-1 === \posix_setsid()) {
        throw new Exception("Setsid fail");
    }

 // 第二次創(chuàng)建進(jìn)程，在基于 System V 的系統(tǒng)中，通過再次 Fork 父進(jìn)程退出
 // 保證形成的守護(hù)進(jìn)程，不會(huì)成為會(huì)話首進(jìn)程，不會(huì)擁有控制終端
    $pid = \pcntl_fork();
    if (-1 === $pid) {
     // 創(chuàng)建進(jìn)程失敗
        throw new Exception("Fork fail");
    } elseif (0 !== $pid) {
     // 主進(jìn)程退出
        exit(0);
    }

    // 子進(jìn)程繼續(xù)執(zhí)行...
}

守護(hù)進(jìn)程也是 Workerman 中重要的一部分，它保障了 Workerman 進(jìn)程的穩(wěn)定性。不像我們通過 nohup 啟動(dòng)的命令，掛起到后臺(tái)之后，有時(shí)還神不知鬼不覺的就掛了，朋友們或許都有這樣的經(jīng)歷吧。當(dāng)然在市面上也有一些開源的守護(hù)進(jìn)程管理軟件，比如 supervisor 等，其次還有人利用會(huì)話終端 screen、tmux 等工具來實(shí)現(xiàn)。其實(shí)守護(hù)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)方式有多種多樣，我們這里只是為了分析 Workerman 中守護(hù)進(jìn)程的實(shí)現(xiàn)原理，而引出了在 PHP 中實(shí)現(xiàn)守護(hù)進(jìn)程模式的例子，希望本次的內(nèi)容能對(duì)你有所幫助。

責(zé)任編輯：武曉燕來源：碼農(nóng)先森