引言

最近开发一个小功能,用到了队列mcq,启动一个进程消费队列数据,后边发现一个进程处理不过来了,又加了一个进程,过了段时间又处理不过来了…

这种方式每次都要修改crontab,如果进程挂掉了,不会及时的启动,要等到下次crontab执行的时候才会启动。关闭(重启)进程的时候用的是kill,这可能会丢失正在处理的数据,比如下面这个例子,我们假设sleep过程就是处理逻辑,这里为了明显看出效果,将处理时间放大到10s:

<?php
$i = 1;
while (1) {
echo "开始第[{$i}]次循环\n";
sleep(10);
echo "结束第[{$i}]次循环\n";
$i++;
}

当我们运行脚本之后,等到循环开始之后,给进程发送 kill {KaTeX parse error: Expected 'EOF', got '}' at position 4: pid}̲,默认发送的是编号为15的SI…i是从队列拿到的,拿到2的时候,正在处理,我们给程序发送了kill信号,和队列数据丢失一样,问题比较大,因此我要想办法解决这些问题。

开始第[1]次循环
结束第[1]次循环
开始第[2]次循环 [1] 28372 terminated php t.php

nginx进程模型

这时候我想到了nginx,nginx作为高性能服务器的中流砥柱,为成千上万的企业和个人服务,他的进程模型比较经典,如下所示:

管理员通过master进程和nginx进行交互,从/path/to/nginx.pid读取nginx master进程的pid,发送信号给master进程,master根据不同的信号做出不同的处理,然后反馈信息给管理员。worker是master进程fork出来的,master负责管理worker,不会去处理业务,worker才是具体业务的处理者,master可以控制worker的退出、启动,当worker意外退出,master会收到子进程退出的消息,也会重新启动新的worker进程补充上来,不让业务处理受影响。nginx还可以平滑退出,不丢失任何一个正在处理的数据,更新配置时nginx可以做到不影响线上服务来加载新的配置,这在请求量很大的时候特别有用。

进程设计

看了nginx的进模型,我们完全可以开发一个类似的类库来满足处理mcq数据的需求,做到单文件控制所有进程、可以平滑退出、可以查看子进程状态。不需要太复杂,因为我们处理队列数据接收一定的延迟,做到nginx那样不间断服务比较麻烦,费时费力,意义不是很大。设计的进程模型跟nginx类似,更像是nginx的简化版本。

进程信号量设计

信号量是进程间通讯的一种方式,比较简单,单功能也比较弱,只能发送信号给进程,进程根据信号做出不同的处理。

master进程启动的时候保存pid到文件/path/to/daeminze.pid,管理员通过信号和master进程通讯,master进程安装3种信号,碰到不同的信号,做出不同的处理,如下所示:

SIGINT     => 平滑退出,处理完正在处理的数据再退出
SIGTERM => 暴力退出,无论进程是否正在处理数据直接退出
SIGUSR1 => 查看进程状态,查看进程占用内存,运行时间等信息

master进程通过信号和worker进程通讯,worker进程安装了2个信号,如下所示:

SIGINT     => 平滑退出
SIGUSR1 => 查看worker进程自身状态

为什么worker进程只安装2个信号呢,少了个SIGTERM,因为master进程收到信号SIGTERM之后,向worker进程发送SIGKILL信号,默认强制关闭进程即可。

worker进程是通过master进程fork出来的,这样master进程可以通过pcntl_wait来等待子进程退出事件,当有子进程退出的时候返回子进程pid,做处理并启动新的进程补充上来。

master进程也通过pcntl_wait来等待接收信号,当有信号到达的时候,会返回-1,这个地方还有些坑,在下文中会详细讲。

PHP中有2种信号触发的方式,第一种方式是declare(ticks = 1);,这种效率不高,Zend每执行一次低级语句,都会去检查进程中是否有未处理的信号,现在已经很少使用了,PHP 5.3.0及之前的版本可能会用到这个。

第二种是通过pcntl_signal_dispatch来调用未处理的信号,PHP 5.4.0及之后的版本适用,可以巧妙的将该函数放在循环中,性能上基本没什么损失,现在推荐适用。

PHP安装修信号量

PHP通过pcntl_signal安装信号,函数声明如下所示:

bool pcntl_signal ( int $signo , [callback $handler [, bool $restart_syscalls = true ] )

第三个参数restart_syscalls不太好理解,找了很多资料,也没太查明白,经过试验发现,这个参数对pcntl_wait函数接收信号有影响,当设置为缺省值true的时候,发送信号,进程用pcntl_wait收不到,必须设置为false才可以,看看下面这个例子:

<?php
$i = 0;
while ($i<5) {
$pid = pcntl_fork();
$random = rand(10, 50);
if ($pid == 0) {
sleep($random);
exit();
}
echo "child {$pid} sleep {$random}\n";
$i++;
} pcntl_signal(SIGINT, function($signo) {
echo "Ctrl + C\n";
}); while (1) {
$pid = pcntl_wait($status);
var_dump($pid);
pcntl_signal_dispatch();
}

运行之后,我们对父进程发送kill -SIGINT {$pid}信号,发现pcntl_wait没有反应,等到有子进程退出的时候,发送过的SIGINT会一个个执行,比如下面结果:

child 29643 sleep 48
child 29644 sleep 24
child 29645 sleep 37
child 29646 sleep 20
child 29647 sleep 31
int(29643)
Ctrl + C
Ctrl + C
Ctrl + C
Ctrl + C
int(29646)

这是运行脚本之后马上给父进程发送了四次SIGINT信号,等到一个子进程推出的时候,所有信号都会触发。

但当把安装信号的第三个参数设置为false:

pcntl_signal(SIGINT,  function($signo) {
echo "Ctrl + C\n";
}, false);

这时候给父进程发送SIGINT信号,pcntl_wait会马上返回-1,信号对应的事件也会触发。

所以第三个参数大概意思就是,是否重新注册此信号,如果为false只注册一次,触发之后就返回,pcntl_wait就能收到消息,如果为true,会重复注册,不会返回,pcntl_wait收不到消息。

信号量和系统调用

信号量会打断系统调用,让系统调用立刻返回,比如sleep,当进程正在sleep的时候,收到信号,sleep会马上返回剩余sleep秒数,比如:

<?php
pcntl_signal(SIGINT, function($signo) {
echo "Ctrl + C\n";
}, false); while (true) {
pcntl_signal_dispatch();
echo "123\n";
$limit = sleep(2);
echo "limit sleep [{$limit}] s\n";
}

运行之后,按Ctrl + C,结果如下所示:

123
^Climit sleep [1] s
Ctrl + C
123
limit sleep [0] s
123
^Climit sleep [1] s
Ctrl + C
123
^Climit sleep [2] s

daemon(守护)进程

这种进程一般设计为daemon进程,不受终端控制,不与终端交互,长时间运行在后台,而对于一个进程,我们可以通过下面几个步骤把他升级为一个标准的daemon进程:

protected function daemonize()
{
$pid = pcntl_fork();
if (-1 == $pid) {
throw new Exception("fork进程失败");
} elseif ($pid != 0) {
exit(0);
}
if (-1 == posix_setsid()) {
throw new Exception("新建立session会话失败");
} $pid = pcntl_fork();
if (-1 == $pid) {
throw new Exception("fork进程失败");
} else if($pid != 0) {
exit(0);
} umask(0);
chdir("/");
}

拢共分五步:

  1. fork子进程,父进程退出。
  2. 设置子进程为会话组长,进程组长。
  3. 再次fork,父进程退出,子进程继续运行。
  4. 恢复文件掩码为0。
  5. 切换当前目录到根目录/。

第2步是为第1步做准备,设置进程为会话组长,必要条件是进程非进程组长,因此做第一次fork,进程组长(父进程)退出,子进程通过posix_setsid()设置为会话组长,同时也为进程组长。

第3步是为了不让进程重新控制终端,因为一个进程控制一个终端的必要条件是会话组长(pid=sid)。

第4步是为了恢复默认的文件掩码,避免之前做的操作对文件掩码做了设置,带来不必要的麻烦。关于文件掩码, linux中,文件掩码在创建文件、文件夹的时候会用到,文件的默认权限为666,文件夹为777,创建文件(夹)的时候会用默认值减去掩码的值作为创建文件(夹)的最终值,比如掩码022下创建文件666 - 222 = 644,创建文件夹777 - 022 = 755:

掩码 新建文件权限 新建文件夹权限
umask(0) 666 (-rw-rw-rw-) 777 (drwxrwxrwx)
umask(022) 644 (-rw-r–r--) 755 (drwxr-xr-x)

第5步是切换了当前目录到根目录/,网上说避免起始运行他的目录不能被正确卸载,这个不是太了解。

对应5步,每一步的各种id变化信息:

操作后 pid ppid pgid sid
开始 17723 31381 17723 31381
第一次fork 17723 1 17723 31381
posix_setsid() 17740 1 17740 17740
第二次fork 17840 1 17740 17740

另外,会话、进程组、进程的关系如下图所示,这张图有助于更好的理解。

至此,你也可以轻松地造出一个daemon进程了。

命令设计

我准备给这个类库设计6个命令,如下所示:

  1. start 启动命令
  2. restart 强制重启
  3. stop 平滑停止
  4. reload 平滑重启
  5. quit 强制停止
  6. status 查看进程状态

启动命令

启动命令就是默认的流程,按照默认流程走就是启动命令,启动命令会检测pid文件中是否已经有pid,pid对应的进程是否健康,是否需要重新启动。

强制停止命令

管理员通过入口文件结合pid给master进程发送SIGTERM信号,master进程给所有子进程发送SIGKILL信号,等待所有worker进程退出后,master进程也退出。

强制重启命令

强制停止命令 + 启动命令

平滑停止命令

平滑停止命令,管理员给master进程发送SIGINT信号,master进程给所有子进程发送SIGINT,worker进程将自身状态标记为stoping,当worker进程下次循环的时候会根据stoping决定停止,不在接收新的数据,等所有worker进程退出之后,master进程也退出。

平滑重启命令

平滑停止命令 + 启动命令

查看进程状态

查看进程状态这个借鉴了workerman的思路,管理员给master进程发送SIGUSR1信号,告诉主进程,我要看所有进程的信息,master进程,master进程将自身的进程信息写入配置好的文件路径A中,然后发送SIGUSR1,告诉worker进程把自己的信息也写入文件A中,由于这个过程是异步的,不知道worker进程啥时候写完,所以master进程在此处等待,等所有worker进程都写入文件之后,格式化所有的信息输出,最后输出的内容如下所示:

➜/dir /usr/local/bin/php DaemonMcn.php status
Daemon [DaemonMcn] 信息:
-------------------------------- master进程状态 --------------------------------
pid 占用内存 处理次数 开始时间 运行时间
16343 0.75M -- 2018-05-15 09:42:45 0 天 0 时 3 分
12 slaver
-------------------------------- slaver进程状态 --------------------------------
任务task-mcq:
16345 0.75M 236 2018-05-15 09:42:45 0 天 0 时 3 分
16346 0.75M 236 2018-05-15 09:42:45 0 天 0 时 3 分
--------------------------------------------------------------------------------
任务test-mcq:
16348 0.75M 49 2018-05-15 09:42:45 0 天 0 时 3 分
16350 0.75M 49 2018-05-15 09:42:45 0 天 0 时 3 分
16358 0.75M 49 2018-05-15 09:42:45 0 天 0 时 3 分
16449 0.75M 1 2018-05-15 09:46:40 0 天 0 时 0 分
--------------------------------------------------------------------------------

等待worker进程将进程信息写入文件的时候,这个地方用了个比较trick的方法,每个worker进程输出一行信息,统计文件的行数,达到worker进程的行数之后表示所有worker进程都将信息写入完毕,否则,每个1s检测一次。

其他设计

另外还加了两个比较实用的功能,一个是worker进程运行时间限制,一个是worker进程循环处理次数限制,防止长时间循环进程出现内存溢出等意外情况。时间默认是1小时,运行次数默认是10w次。

除此之外,也可以支持多任务,每个任务几个进程独立开,统一由master进程管理。

更多学习内容可以访问从码农成为架构师的修炼之路

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