深入理解 PHP 高性能框架 Workerman 守護進程原理

守護進程顧名思義就是能夠在後臺一直運行的進程，不會霸占用戶的會話終端，脫離了終端的控制。相信朋友們對這東西都不陌生了吧？如果連這個概念都還不能理解的話，建議回爐重造多看看 Linux 進程管理相關的基礎知識。 ...

大家好，我是碼農先森。

守護進程顧名思義就是能夠在後臺一直運行的進程，不會霸占用戶的會話終端，脫離了終端的控制。相信朋友們對這東西都不陌生了吧？如果連這個概念都還不能理解的話，建議回爐重造多看看 Linux 進程管理相關的基礎知識。在我們日常的編程中常見有類似 php think ...、php artisan ...、php yii ... 等命令啟動需要一直執行的任務，都會通過 nohup 掛載到後臺保持長期運行的狀態。同樣在 Workerman 中也是使用類似 php index.php start 的命令來啟動進程，但不同的是它不需要利用 nohup 便可以掛載到後臺運行。那有些朋友就會好奇它是怎麼實現的呢？為瞭解決朋友們的疑惑，我們今天就重點深入分析一下 Workerman 守護進程的實現原理。

我們先瞭解一些進程相關的知識：

父進程：父進程是生成其他進程的進程。當一個進程創建了另一個進程時，創建者被稱為父進程，而被創建的進程則成為子進程。父進程可以通過進程標識符（PID）來識別它所創建的子進程。
子進程：子進程是由父進程創建的新進程。子進程繼承了父進程的一些屬性，例如環境變數、文件描述符等。子進程獨立於父進程運行，它可以執行自己的代碼，並且具有自己的資源和記憶體空間。
進程組：進程組是一組相關聯的進程的集合。每個進程組都有一個唯一的進程組ID（PGID），用於標識該進程組。進程組通常由一個父進程創建，並且包含了與父進程具有相同會話ID（SID）的所有子進程。
會話：會話是一組關聯進程的集合，通常由用戶登錄到系統開始，直至用戶註銷或關閉終端會話結束，一個會話中的進程共用相同的控制終端。每個會話都有一個唯一的會話ID（SID），用於標識該會話。會話通常包含一個或多個進程組，其中第一個進程組成為會話的主進程組。

這些概念俗稱八股文，向來都不怎麼好理解，那我們來看個例子。執行了命令 php index.php 便產生了進程 61052「該進程的父進程是 Bash 進程 8243，這裡不用管它」，然後通過 Fork 創建了子進程 61053 且其父進程就是 61052，這兩個進程擁有共同的進程組 61052 和會話 8243。調用 posix_setsid 函數，將會為子進程 61053 開啟新的進程組 61053 和新的會話 61053，這裡的會話可以理解為一個新的命令視窗終端。最後子進程 61053 通過 Fork 創建了子進程 61054，進程 61053 升級成了父進程，這裡再次 Fork 的原因是要避免被終端控制進程所關聯，這個進程 61052 是在終端的模式下創建的，自此進程 61054 就形成了守護進程。

[manongsen@root phpwork]$ php index.php
[parent] 進程ID: 61052, 父進程ID: 8243, 進程組ID: 61052, 會話ID: 8243 
[parent1] 進程ID: 61052, 父進程ID: 8243, 進程組ID: 61052, 會話ID: 8243 退出了該進程
[child1] 進程ID: 61053, 父進程ID: 61052, 進程組ID: 61052, 會話ID: 8243 
[child1] 進程ID: 61053, 父進程ID: 61052, 進程組ID: 61053, 會話ID: 61053 
[parent2] 進程ID: 61053, 父進程ID: 61052, 進程組ID: 61053, 會話ID: 61053 退出了該進程
[child2] 進程ID: 61054, 父進程ID: 61053, 進程組ID: 61053, 會話ID: 61053 保留了該進程

[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

上面舉例的進程信息，正是這段代碼運行所產生的。如果看了這段代碼且細心的朋友，會發現為什麼 posix_setsid 這個函數不放在第一次 Fork 前調用，而在第二次 Fork 前調用呢，這樣的話就不用 Fork 兩次了？原因是組長進程是不能創建會話的，進程組ID 61052 和進程ID 61052 相同「即當前進程則為組長進程」，所以需要子進程來創建新的會話，這一點需要特別註意一下。

<?php

function echoMsg($prefix, $suffix="") {
    // 進程ID
    $pid = getmypid(); 
    // 進程組ID
    $pgid = posix_getpgid($pid);
    // 會話ID
    $sid = posix_getsid($pid); 
    // 父進程ID
    $ppid = posix_getppid();

    echo "[{$prefix}] 進程ID: {$pid}, 父進程ID: {$ppid}, 進程組ID: {$pgid}, 會話ID: {$sid} {$suffix}" . PHP_EOL;
}

// [parent] 進程ID: 61052, 父進程ID: 8243, 進程組ID: 61052, 會話ID: 8243
echoMsg("parent");

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

// 創建的 子進程ID 為 61053 但 進程組、會話 還是和父進程是同一個
// [child1] 進程ID: 61053, 父進程ID: 61052, 進程組ID: 61052, 會話ID: 8243 
echoMsg("child1");

// 調用 posix_setsid 函數，會創建一個新的會話和進程組，並設置 進程組ID 和 會話ID 為該 進程ID
if (-1 === \posix_setsid()) {
    throw new Exception("Setsid fail");
}

// 現在會發現 進程組ID 和 會話ID 都變成了 61053 在這裡相當於啟動了一個類似 Linux 終端下的會話視窗
// [child1] 進程ID: 61053, 父進程ID: 61052, 進程組ID: 61053, 會話ID: 61053 
echoMsg("child1");

// 第二次 Fork 進程
// 這裡需要二次 Fork 進程的原因是避免被終端控制進程所關聯，這個進程 61052 是在終端的模式下創建的
// 需要脫離這個進程 61052 以確保守護進程的穩定
$pid = pcntl_fork();
if ( $pid  < 0 ){
    exit('fork error');
} else if( $pid > 0 ) {
    // [parent2] 進程ID: 61053, 父進程ID: 61052, 進程組ID: 61053, 會話ID: 61053 退出了該進程
    echoMsg("parent2", "退出了該進程");
    exit;
}

// 到這裡該進程已經脫離了終端進程的控制，形成了守護進程
// [child2] 進程ID: 61054, 父進程ID: 61053, 進程組ID: 61053, 會話ID: 61053 保留了該進程
echoMsg("child2", "保留了該進程");

sleep(100);

有時間的朋友最好自行執行代碼並分析一遍，會有不一樣的收穫。這裡假裝你已經實踐過了，這下我們來看 Workerman 的 Worker.php 文件中 554 行的 runAll 方法中的 static::daemonize() 這個函數，實現的流程邏輯和上面的例子幾乎一樣。不過這裡還使用了 umask 這個函數，其主要的作用是為該進程所創建的文件或目錄賦予相應的許可權，保證有許可權操作文件或目錄。

// workerman/Worker.php:554
/**
 * Run all worker instances.
 * 運行進程
 * @return void
 */
public static function runAll()
{
    static::checkSapiEnv();
    static::init();
    static::parseCommand();
    static::lock();
    // 創建進程並形成守護進程
    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.
 * 使用守護進程模式運行
 * @throws Exception
 */
protected static function daemonize()
{
	// 判斷是否已經是守護狀態、以及當前系統是否是 Linux 環境
    if (!static::$daemonize || static::$_OS !== \OS_TYPE_LINUX) {
        return;
    }
    
    // 設置 umask 為 0 則當前進程創建的文件許可權都為 777 擁有最高許可權
    \umask(0);
    
    // 第一次創建進程
    $pid = \pcntl_fork();
    if (-1 === $pid) {
    	// 創建進程失敗
        throw new Exception('Fork fail');
    } elseif ($pid > 0) {
    	// 主進程退出
        exit(0);
    }

	// 子進程繼續執行...
    // 調用 posix_setsid 函數，可以讓進程脫離父進程，轉變為守護進程
    if (-1 === \posix_setsid()) {
        throw new Exception("Setsid fail");
    }

	// 第二次創建進程，在基於 System V 的系統中，通過再次 Fork 父進程退出
	// 保證形成的守護進程，不會成為會話首進程，不會擁有控制終端
    $pid = \pcntl_fork();
    if (-1 === $pid) {
    	// 創建進程失敗
        throw new Exception("Fork fail");
    } elseif (0 !== $pid) {
    	// 主進程退出
        exit(0);
    }

    // 子進程繼續執行...
}

守護進程也是 Workerman 中重要的一部分，它保障了 Workerman 進程的穩定性。不像我們通過 nohup 啟動的命令，掛起到後臺之後，有時還神不知鬼不覺的就掛了，朋友們或許都有這樣的經歷吧。當然在市面上也有一些開源的守護進程管理軟體，比如 supervisor 等，其次還有人利用會話終端 screen、tmux 等工具來實現。其實守護進程的實現方式有多種多樣，我們這裡只是為了分析 Workerman 中守護進程的實現原理，而引出了在 PHP 中實現守護進程模式的例子，希望本次的內容能對你有所幫助。

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