Python守護進程的實現

Daemon情境

考慮如下情境：你編寫了一個python服務程式，並且在命令列下啟動，而你的命令列會話又被終端所控制，python服務成了終端程式的一個子進程。因此如果你關閉了終端，這個命令列程式也會隨之關閉。

要使你的python服務不受終端影響而常駐系統，就需要將它變成守護進程。

守護進程就是Daemon程式，是一種在系統後台執行的程式，它獨立於控制終端並且執行一些周期任務或觸發事件，通常被命名為"d"字母結尾，如常見的httpd、syslogd、systemd和dockerd等。

代碼實現

python可以很簡潔地實現守護進程，下面給出代碼和相應注釋。這份代碼穩定運行在我本地電腦的一個守護進程(自製鬧鐘)裡，暫時沒出過問題。

# coding=utf8import osimport sysimport atexitdef daemonize(pid_file=None):    """    建立守護進程    :param pid_file: 儲存進程id的檔案    :return:    """    # 從父進程fork一個子進程出來    pid = os.fork()    # 子進程的pid一定為0，父進程大於0    if pid:        # 退出父進程，sys.exit()方法比os._exit()方法會多執行一些重新整理緩衝工作        sys.exit(0)    # 子進程預設繼承父進程的工作目錄，最好是變更到根目錄，否則回影響檔案系統的卸載    os.chdir('/')    # 子進程預設繼承父進程的umask（檔案許可權掩碼），重設為0（完全控制），以免影響程式讀寫檔案    os.umask(0)    # 讓子進程成為新的交談群組長和進程組長    os.setsid()    # 注意了，這裡是第2次fork，也就是子進程的子進程，我們把它叫為孫子進程    _pid = os.fork()    if _pid:        # 退出子進程        sys.exit(0)    # 此時，孫子進程已經是守護進程了，接下來重新導向標準輸入、輸出、錯誤的描述符(是重新導向而不是關閉, 這樣可以避免程式在 print 的時候出錯)    # 重新整理緩衝區先，小心使得萬年船    sys.stdout.flush()    sys.stderr.flush()    # dup2函數原子化地關閉和複製檔案描述符，重新導向到/dev/nul，即丟棄所有輸入輸出    with open('/dev/null') as read_null, open('/dev/null', 'w') as write_null:        os.dup2(read_null.fileno(), sys.stdin.fileno())        os.dup2(write_null.fileno(), sys.stdout.fileno())        os.dup2(write_null.fileno(), sys.stderr.fileno())    # 寫入pid檔案    if pid_file:        with open(pid_file, 'w+') as f:            f.write(str(os.getpid()))        # 註冊退出函數，進程異常退出時移除pid檔案        atexit.register(os.remove, pid_file)

概括一下守護進程的編寫步驟：

1、fork出子進程，退出父進程

2、子進程變更工作目錄(chdir)、檔案許可權掩碼(umask)、進程組和交談群組(setsid)

3、子進程fork孫子進程，退出子進程

4、孫子進程重新整理緩衝，重新導向標準輸入／輸出／錯誤（一般到/dev/null，意即丟棄）

5、(可選)pid寫入檔案

理解幾個要點

為什麼要fork兩次

第一次fork，是為了脫離終端控制的魔爪。父進程之所以退出，是因為終端敲擊鍵盤、或者關閉時給它發送了訊號；而fork出來的子進程，在父進程自殺後成為孤兒進程，進而被作業系統的init進程接管，因此脫離終端控制。

所以其實，第二次fork並不是必須的（很多開源項目裡的代碼就沒有fork兩次）。只不過出于謹慎考慮，防止進程再次開啟一個控制終端。因為子進程現在是交談群組長了（對話期的首次進程），有能力開啟控制終端，再fork一次，孫子進程就不能開啟控制終端了。

檔案描述符

Linux是“一切皆檔案”，檔案描述符是核心為已開啟的檔案所建立的索引，通常是非負整數。進程通過檔案描述符執行IO操作。

每個進程有自己的檔案描述符表，因此相同的描述符可能指向同一個檔案，也可能指向不同檔案；來自不同進程的不同的描述符，當然也有可能指向同一個檔案。

預設情況下，0代表標準輸入，1代表標準輸出，2代表標準錯誤。

umask許可權掩碼

我們知道，在Linux中，任何一個檔案都有讀（read）、寫（write）和執行（execute）的三種使用許可權。其中，讀的許可權用數字4代表，寫入權限是2，執行許可權是1。命令ls -l可以查看檔案許可權，r/w/x分別表示具有讀/寫/執行許可權。

任何檔案，也都有使用者（User）,使用者組（Group）,其他組（Others）三種身份許可權。一般用3個數字表示檔案許可權，例如754：

7，是User許可權，即檔案擁有者許可權

5，是Group許可權，擁有者所在使用者組的組員所具有的許可權

4，是Others許可權，即其他組使用者的許可權啦

而umask是為了控制預設許可權，防止建立檔案或檔案夾具有全權。

系統一般預設為022（使用命令umask查看），表示預設建立檔案的許可權是644，檔案夾是755。你應該可以看出它們的規律，就是檔案許可權和umask的相加結果為666（笑），檔案夾許可權和umask的相加結果為777。

進程組

每個進程都屬於一個進程組（PG,Process Group），進程組可以包含多個進程。

進程組有一個進程組長（Leader），進程組長的ID（PID, Process ID）就作為整個進程組的ID（PGID,Process Groupd ID）。

交談群組

登陸終端時，就會創造一個會話，多個進程組可以包含在一個會話中。而建立會話的進程，就是交談群組長。

已經是交談群組長的進程，不可以再調用setsid()方法建立會話。因此，上面代碼中，子進程可以調用setsid()，而父進程不能，因為它本身就是交談群組長。

另外，sh（Bourne Shell）不支援會話機制，因為會話機制需要shell支援工作控制（Job Control）。

守護進程與後台進程

通過&符號，可以把命令放到後台執行。它與守護進程是不同的：

1、守護進程與終端無關，是被init進程收養的孤兒進程；而後台進程的父進程是終端，仍然可以在終端列印

2、守護進程在關閉終端時依然堅挺；而後台進程會隨使用者退出而停止，除非加上nohup

3、守護進程改變了會話、進程組、工作目錄和檔案描述符，後台進程直接繼承父進程（shell）的

換句話說：守護進程就是默默地奮鬥打拚的有為青年，而後台進程是默默繼承老爸資產的富二代。