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  • Python实例浅谈之五Python守护进程和脚本单例运行

    一、简介

         守护进程最重要的特性是后台运行；它必须与其运行前的环境隔离开来，这些环境包括未关闭的文件描述符、控制终端、会话和进程组、工作目录以及文件创建掩码等；它可以在系统启动时从启动脚本/etc/rc.d中启动，可以由inetd守护进程启动，也可以有作业规划进程crond启动，还可以由用户终端（通常是shell）执行。
           Python有时需要保证只运行一个脚本实例，以避免数据的冲突。 

    二、Python守护进程

    1、函数实现

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import sys, os  
    4.   
    5. '''将当前进程fork为一个守护进程  
    6.    注意：如果你的守护进程是由inetd启动的，不要这样做！inetd完成了  
    7.    所有需要做的事情，包括重定向标准文件描述符，需要做的事情只有chdir()和umask()了  
    8. '''  
    9.   
    10. def daemonize (stdin='/dev/null', stdout='/dev/null', stderr='/dev/null'):  
    11.      #重定向标准文件描述符（默认情况下定向到/dev/null）  
    12.     try:   
    13.         pid = os.fork()   
    14.           #父进程(会话组头领进程)退出，这意味着一个非会话组头领进程永远不能重新获得控制终端。  
    15.         if pid > 0:  
    16.             sys.exit(0)   #父进程退出  
    17.     except OSError, e:   
    18.         sys.stderr.write ("fork #1 failed: (%d) %s " % (e.errno, e.strerror) )  
    19.         sys.exit(1)  
    20.   
    21.      #从母体环境脱离  
    22.     os.chdir("/")  #chdir确认进程不保持任何目录于使用状态，否则不能umount一个文件系统。也可以改变到对于守护程序运行重要的文件所在目录  
    23.     os.umask(0)    #调用umask(0)以便拥有对于写的任何东西的完全控制，因为有时不知道继承了什么样的umask。  
    24.     os.setsid()    #setsid调用成功后，进程成为新的会话组长和新的进程组长，并与原来的登录会话和进程组脱离。  
    25.   
    26.      #执行第二次fork  
    27.     try:   
    28.         pid = os.fork()   
    29.         if pid > 0:  
    30.             sys.exit(0)   #第二个父进程退出  
    31.     except OSError, e:   
    32.         sys.stderr.write ("fork #2 failed: (%d) %s " % (e.errno, e.strerror) )  
    33.         sys.exit(1)  
    34.   
    35.      #进程已经是守护进程了，重定向标准文件描述符  
    36.   
    37.     for f in sys.stdout, sys.stderr: f.flush()  
    38.     si = open(stdin, 'r')  
    39.     so = open(stdout, 'a+')  
    40.     se = open(stderr, 'a+', 0)  
    41.     os.dup2(si.fileno(), sys.stdin.fileno())    #dup2函数原子化关闭和复制文件描述符  
    42.     os.dup2(so.fileno(), sys.stdout.fileno())  
    43.     os.dup2(se.fileno(), sys.stderr.fileno())  
    44.   
    45. #示例函数：每秒打印一个数字和时间戳  
    46. def main():  
    47.     import time  
    48.     sys.stdout.write('Daemon started with pid %d ' % os.getpid())  
    49.     sys.stdout.write('Daemon stdout output ')  
    50.     sys.stderr.write('Daemon stderr output ')  
    51.     c = 0  
    52.     while True:  
    53.         sys.stdout.write('%d: %s ' %(c, time.ctime()))  
    54.         sys.stdout.flush()  
    55.         c = c+1  
    56.         time.sleep(1)  
    57.   
    58. if __name__ == "__main__":  
    59.       daemonize('/dev/null','/tmp/daemon_stdout.log','/tmp/daemon_error.log')  
    60.       main()  

            可以通过命令ps -ef | grep daemon.py查看后台运行的继承，在/tmp/daemon_error.log会记录错误运行日志，在/tmp/daemon_stdout.log会记录标准输出日志。

    2、类实现

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3.   
    4. #python模拟linux的守护进程  
    5.   
    6. import sys, os, time, atexit, string  
    7. from signal import SIGTERM  
    8.   
    9. class Daemon:  
    10.   def __init__(self, pidfile, stdin='/dev/null', stdout='/dev/null', stderr='/dev/null'):  
    11.       #需要获取调试信息，改为stdin='/dev/stdin', stdout='/dev/stdout', stderr='/dev/stderr'，以root身份运行。  
    12.     self.stdin = stdin  
    13.     self.stdout = stdout  
    14.     self.stderr = stderr  
    15.     self.pidfile = pidfile  
    16.     
    17.   def _daemonize(self):  
    18.     try:  
    19.       pid = os.fork()    #第一次fork，生成子进程，脱离父进程  
    20.       if pid > 0:  
    21.         sys.exit(0)      #退出主进程  
    22.     except OSError, e:  
    23.       sys.stderr.write('fork #1 failed: %d (%s) ' % (e.errno, e.strerror))  
    24.       sys.exit(1)  
    25.     
    26.     os.chdir("/")      #修改工作目录  
    27.     os.setsid()        #设置新的会话连接  
    28.     os.umask(0)        #重新设置文件创建权限  
    29.     
    30.     try:  
    31.       pid = os.fork() #第二次fork，禁止进程打开终端  
    32.       if pid > 0:  
    33.         sys.exit(0)  
    34.     except OSError, e:  
    35.       sys.stderr.write('fork #2 failed: %d (%s) ' % (e.errno, e.strerror))  
    36.       sys.exit(1)  
    37.     
    38.      #重定向文件描述符  
    39.     sys.stdout.flush()  
    40.     sys.stderr.flush()  
    41.     si = file(self.stdin, 'r')  
    42.     so = file(self.stdout, 'a+')  
    43.     se = file(self.stderr, 'a+', 0)  
    44.     os.dup2(si.fileno(), sys.stdin.fileno())  
    45.     os.dup2(so.fileno(), sys.stdout.fileno())  
    46.     os.dup2(se.fileno(), sys.stderr.fileno())  
    47.     
    48.      #注册退出函数，根据文件pid判断是否存在进程  
    49.     atexit.register(self.delpid)  
    50.     pid = str(os.getpid())  
    51.     file(self.pidfile,'w+').write('%s ' % pid)  
    52.     
    53.   def delpid(self):  
    54.     os.remove(self.pidfile)  
    55.   
    56.   def start(self):  
    57.      #检查pid文件是否存在以探测是否存在进程  
    58.     try:  
    59.       pf = file(self.pidfile,'r')  
    60.       pid = int(pf.read().strip())  
    61.       pf.close()  
    62.     except IOError:  
    63.       pid = None  
    64.     
    65.     if pid:  
    66.       message = 'pidfile %s already exist. Daemon already running! '  
    67.       sys.stderr.write(message % self.pidfile)  
    68.       sys.exit(1)  
    69.       
    70.     #启动监控  
    71.     self._daemonize()  
    72.     self._run()  
    73.   
    74.   def stop(self):  
    75.     #从pid文件中获取pid  
    76.     try:  
    77.       pf = file(self.pidfile,'r')  
    78.       pid = int(pf.read().strip())  
    79.       pf.close()  
    80.     except IOError:  
    81.       pid = None  
    82.     
    83.     if not pid:   #重启不报错  
    84.       message = 'pidfile %s does not exist. Daemon not running! '  
    85.       sys.stderr.write(message % self.pidfile)  
    86.       return  
    87.   
    88.      #杀进程  
    89.     try:  
    90.       while 1:  
    91.         os.kill(pid, SIGTERM)  
    92.         time.sleep(0.1)  
    93.         #os.system('hadoop-daemon.sh stop datanode')  
    94.         #os.system('hadoop-daemon.sh stop tasktracker')  
    95.         #os.remove(self.pidfile)  
    96.     except OSError, err:  
    97.       err = str(err)  
    98.       if err.find('No such process') > 0:  
    99.         if os.path.exists(self.pidfile):  
    100.           os.remove(self.pidfile)  
    101.       else:  
    102.         print str(err)  
    103.         sys.exit(1)  
    104.   
    105.   def restart(self):  
    106.     self.stop()  
    107.     self.start()  
    108.   
    109.   def _run(self):  
    110.     """ run your fun"""  
    111.     while True:  
    112.       #fp=open('/tmp/result','a+')  
    113.       #fp.write('Hello World ')  
    114.       sys.stdout.write('%s:hello world ' % (time.ctime(),))  
    115.       sys.stdout.flush()   
    116.       time.sleep(2)  
    117.       
    118.   
    119. if __name__ == '__main__':  
    120.     daemon = Daemon('/tmp/watch_process.pid', stdout = '/tmp/watch_stdout.log')  
    121.     if len(sys.argv) == 2:  
    122.         if 'start' == sys.argv[1]:  
    123.             daemon.start()  
    124.         elif 'stop' == sys.argv[1]:  
    125.             daemon.stop()  
    126.         elif 'restart' == sys.argv[1]:  
    127.             daemon.restart()  
    128.         else:  
    129.             print 'unknown command'  
    130.             sys.exit(2)  
    131.         sys.exit(0)  
    132.     else:  
    133.         print 'usage: %s start|stop|restart' % sys.argv[0]  
    134.         sys.exit(2)  

    运行结果：

           可以参考：http://www.jejik.com/articles/2007/02/a_simple_unix_linux_daemon_in_python/，它是当Daemon设计成一个模板，在其他文件中from daemon import Daemon，然后定义子类，重写run()方法实现自己的功能。

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    1. class MyDaemon(Daemon):  
    2.     def run(self):  
    3.         while True:  
    4.             fp=open('/tmp/run.log','a+')  
    5.             fp.write('Hello World ')  
    6.             time.sleep(1)  

            不足：信号处理signal.signal(signal.SIGTERM, cleanup_handler)暂时没有安装，注册程序退出时的回调函数delpid()没有被调用。
           然后，再写个shell命令，加入开机启动服务，每隔2秒检测守护进程是否启动，若没有启动则启动，自动监控恢复程序。      

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    1. #/bin/sh  
    2. while true  
    3. do  
    4.   count=`ps -ef | grep "daemonclass.py" | grep -v "grep"`  
    5.   if [ "$?" != "0" ]; then  
    6.      daemonclass.py start  
    7.   fi  
    8.   sleep 2  
    9. done  

    三、python保证只能运行一个脚本实例

    1、打开文件本身加锁

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import fcntl, sys, time, os  
    4. pidfile = 0  
    5.   
    6. def ApplicationInstance():  
    7.     global pidfile  
    8.     pidfile = open(os.path.realpath(__file__), "r")  
    9.     try:  
    10.         fcntl.flock(pidfile, fcntl.LOCK_EX | fcntl.LOCK_NB) #创建一个排他锁,并且所被锁住其他进程不会阻塞  
    11.     except:  
    12.         print "another instance is running..."  
    13.         sys.exit(1)  
    14.   
    15. if __name__ == "__main__":  
    16.     ApplicationInstance()  
    17.     while True:  
    18.         print 'running...'  
    19.         time.sleep(1)  

           注意：open()参数不能使用w，否则会覆盖本身文件；pidfile必须声明为全局变量，否则局部变量生命周期结束，文件描述符会因引用计数为0被系统回收（若整个函数写在主函数中，则不需要定义成global）。               

    2、打开自定义文件并加锁

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import fcntl, sys, time  
    4. pidfile = 0  
    5.   
    6. def ApplicationInstance():  
    7.     global pidfile  
    8.     pidfile = open("instance.pid", "w")  
    9.     try:  
    10.         fcntl.lockf(pidfile, fcntl.LOCK_EX | fcntl.LOCK_NB)  #创建一个排他锁,并且所被锁住其他进程不会阻塞  
    11.     except  IOError:  
    12.         print "another instance is running..."  
    13.         sys.exit(0)  
    14.   
    15. if __name__ == "__main__":  
    16.     ApplicationInstance()  
    17.     while True:  
    18.         print 'running...'  
    19.         time.sleep(1)  

    3、检测文件中PID

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import time, os, sys  
    4. import signal  
    5.   
    6. pidfile = '/tmp/process.pid'  
    7.   
    8. def sig_handler(sig, frame):  
    9.     if os.path.exists(pidfile):  
    10.         os.remove(pidfile)  
    11.     sys.exit(0)  
    12.   
    13. def ApplicationInstance():  
    14.     signal.signal(signal.SIGTERM, sig_handler)  
    15.     signal.signal(signal.SIGINT, sig_handler)  
    16.     signal.signal(signal.SIGQUIT, sig_handler)  
    17.   
    18.     try:  
    19.       pf = file(pidfile, 'r')  
    20.       pid = int(pf.read().strip())  
    21.       pf.close()  
    22.     except IOError:  
    23.       pid = None  
    24.     
    25.     if pid:  
    26.       sys.stdout.write('instance is running... ')  
    27.       sys.exit(0)  
    28.   
    29.     file(pidfile, 'w+').write('%s ' % os.getpid())  
    30.   
    31. if __name__ == "__main__":  
    32.     ApplicationInstance()  
    33.     while True:  
    34.         print 'running...'  
    35.         time.sleep(1)  

      

    4、检测特定文件夹或文件

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import time, commands, signal, sys  
    4.   
    5. def sig_handler(sig, frame):  
    6.     if os.path.exists("/tmp/test"):  
    7.         os.rmdir("/tmp/test")  
    8.     sys.exit(0)  
    9.   
    10. def ApplicationInstance():  
    11.     signal.signal(signal.SIGTERM, sig_handler)  
    12.     signal.signal(signal.SIGINT, sig_handler)  
    13.     signal.signal(signal.SIGQUIT, sig_handler)  
    14.     if commands.getstatusoutput("mkdir /tmp/test")[0]:  
    15.         print "instance is running..."  
    16.         sys.exit(0)  
    17.   
    18. if __name__ == "__main__":  
    19.     ApplicationInstance()  
    20.     while True:  
    21.         print 'running...'  
    22.         time.sleep(1)  

           也可以检测某一个特定的文件，判断文件是否存在：

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    1. import os  
    2. import os.path  
    3. import time  
    4.    
    5.    
    6. #class used to handle one application instance mechanism  
    7. class ApplicationInstance:  
    8.    
    9.     #specify the file used to save the application instance pid  
    10.     def __init__( self, pid_file ):  
    11.         self.pid_file = pid_file  
    12.         self.check()  
    13.         self.startApplication()  
    14.    
    15.     #check if the current application is already running  
    16.     def check( self ):  
    17.         #check if the pidfile exists  
    18.         if not os.path.isfile( self.pid_file ):  
    19.             return  
    20.         #read the pid from the file  
    21.         pid = 0  
    22.         try:  
    23.             file = open( self.pid_file, 'rt' )  
    24.             data = file.read()  
    25.             file.close()  
    26.             pid = int( data )  
    27.         except:  
    28.             pass  
    29.         #check if the process with specified by pid exists  
    30.         if 0 == pid:  
    31.             return  
    32.    
    33.         try:  
    34.             os.kill( pid, 0 )   #this will raise an exception if the pid is not valid  
    35.         except:  
    36.             return  
    37.    
    38.         #exit the application  
    39.         print "The application is already running..."  
    40.         exit(0) #exit raise an exception so don't put it in a try/except block  
    41.    
    42.     #called when the single instance starts to save it's pid  
    43.     def startApplication( self ):  
    44.         file = open( self.pid_file, 'wt' )  
    45.         file.write( str( os.getpid() ) )  
    46.         file.close()  
    47.    
    48.     #called when the single instance exit ( remove pid file )  
    49.     def exitApplication( self ):  
    50.         try:  
    51.             os.remove( self.pid_file )  
    52.         except:  
    53.             pass  
    54.    
    55.    
    56. if __name__ == '__main__':  
    57.     #create application instance  
    58.     appInstance = ApplicationInstance( '/tmp/myapp.pid' )  
    59.    
    60.     #do something here  
    61.     print "Start MyApp"  
    62.     time.sleep(5)   #sleep 5 seconds  
    63.     print "End MyApp"  
    64.    
    65.     #remove pid file  
    66.     appInstance.exitApplication()  

            上述os.kill( pid, 0 )用于检测一个为pid的进程是否还活着，若该pid的进程已经停止则抛出异常，若正在运行则不发送kill信号。

    5、socket监听一个特定端口

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import socket, time, sys  
    4.   
    5.   
    6. def ApplicationInstance():  
    7.     try:      
    8.         global s  
    9.         s = socket.socket()  
    10.         host = socket.gethostname()  
    11.         s.bind((host, 60123))  
    12.     except:  
    13.         print "instance is running..."  
    14.         sys.exit(0)  
    15.   
    16. if __name__ == "__main__":  
    17.     ApplicationInstance()  
    18.     while True:  
    19.         print 'running...'  
    20.         time.sleep(1)  

    可以将该函数使用装饰器实现，便于重用（效果与上述相同）：

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    1. #!/usr/bin/env python  
    2. #coding: utf-8  
    3. import socket, time, sys  
    4. import functools  
    5.   
    6. #使用装饰器实现  
    7. def ApplicationInstance(func):  
    8.     @functools.wraps(func)  
    9.     def fun(*args,**kwargs):  
    10.         import socket  
    11.         try:  
    12.             global s  
    13.             s = socket.socket()  
    14.             host = socket.gethostname()  
    15.             s.bind((host, 60123))  
    16.         except:  
    17.             print('already has an instance...')  
    18.             return None  
    19.         return func(*args,**kwargs)  
    20.     return fun  
    21.   
    22. @ApplicationInstance  
    23. def main():  
    24.     while True:  
    25.         print 'running...'  
    26.         time.sleep(1)  
    27.   
    28. if __name__ == "__main__":  
    29.     main()  

    四、总结

    （1）守护进程和单脚本运行在实际应用中比较重要，方法也比较多，可选择合适的来进行修改，可以将它们做成一个单独的类或模板，然后子类化实现自定义。
    （2）daemon监控进程自动恢复避免了nohup和&的使用，并配合shell脚本可以省去很多不定时启动挂掉服务器的麻烦。
    （3）若有更好的设计和想法，可随时留言，在此先感谢！
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  • 原文地址：https://www.cnblogs.com/jiangzhaowei/p/6591106.html
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