首发于 樊浩柏科学院
经过 用 PHP 玩转进程之一 — 基础 的回顾复习，我们已经掌握了进程的基础知识，现在可以尝试用 PHP 做一些简单的进程控制和管理，来加深我们对进程的理解。接下来，我将用多进程模型实现一个简单的 PHPServer，基于它你可以做任何事。
PHPServer 完整的源代码，可前往 fan-haobai/php-server 获取。
总流程
该 PHPServer 的 Master 和 Worker 进程主要控制流程，如下图所示：
其中，主要涉及 3 个对象，分别为 入口脚本、Master 进程、Worker 进程。它们扮演的角色如下：
入口脚本：主要实现 PHPServer 的启动、停止、重载功能，即触发 Master 进程 start、stop、reload 流程；
Master 进程：负责创建并监控 Worker 进程。在启动阶段，会注册信号处理器，然后创建 Worker；在运行阶段，会持续监控 Worker 进程健康状态，并接受来自入口脚本的控制信号并作出响应；在停止阶段，会停止掉所有 Worker 进程；
Worker 进程：负责执行业务逻辑。在被 Master 进程创建后，就处于持续运行阶段，会监听到来自 Master 进程的信号，以实现自我的停止；
整个过程，又包括 4 个流程：
流程 ①：以守护态启动 PHPServer 时的主要流程。入口脚本会进行 daemonize，也就是实现进程的守护态，此时会 fork 出一个 Master 进程；Master 进程先经过 保存 PID、注册信号处理器 操作，然后 创建 Worker 会 fork 出多个 Worker 进程；
流程 ②：为 Master 进程持续监控的流程，过程中会捕获入口脚本发送来的信号。主要监控 Worker 进程健康状态，当 Worker 进程异常退出时，会尝试创建新的 Worker 进程以维持 Worker 进程数量；
流程 ③：为 Worker 进程持续运行的流程，过程中会捕获 Master 进程发送来的信号。流程 ① 中 Worker 进程被创建后，就会持续执行业务逻辑，并阻塞于此；
流程 ④：停止 PHPServer 的主要流程。入口脚本首先会向 Master 进程发送 SIGINT 信号，Master 进程捕获到该信号后，会向所有的 Worker 进程转发 SIGINT 信号（通知所有的 Worker 进程终止），等待所有 Worker 进程终止退出；
在流程 ② 中，Worker 进程被 Master 进程 fork 出来后，就会 持续运行 并阻塞于此，只有 Master 进程才会继续后续的流程。
代码实现
启动
启动流程见 流程 ①，主要包括 守护进程、保存 PID、注册信号处理器、创建多进程 Worker 这 4 部分。
守护进程
首先，在入口脚本中 fork 一个子进程，然后该进程退出，并设置新的子进程为会话组长，此时的这个子进程就会脱离当前终端的控制。如下图所示：
这里使用了 2 次 fork，所以最后 fork 的一个子进程才是 Master 进程，其实一次 fork 也是可以的。代码如下：
protected static function daemonize()
{
umask(0);
$pid = pcntl_fork();
if (-1 === $pid) {
exit(“process fork fail\n”);
} elseif ($pid > 0) {
exit(0);
}
// 将当前进程提升为会话 leader
if (-1 === posix_setsid()) {
exit(“process setsid fail\n”);
}
// 再次 fork 以避免 SVR4 这种系统终端再一次获取到进程控制
$pid = pcntl_fork();
if (-1 === $pid) {
exit(“process fork fail\n”);
} elseif (0 !== $pid) {
exit(0);
}
}
通常在启动时增加 - d 参数，表示进程将运行于守护态模式。
当顺利成为一个守护进程后，Master 进程已经脱离了终端控制，所以有必要关闭标准输出和标准错误输出。如下：
protected static function resetStdFd()
{
global $STDERR, $STDOUT;
// 重定向标准输出和错误输出
@fclose(STDOUT);
fclose(STDERR);
$STDOUT = fopen(static::$stdoutFile, ‘a’);
$STDERR = fopen(static::$stdoutFile, ‘a’);
}
保存 PID
为了实现 PHPServer 的重载或停止，我们需要将 Master 进程的 PID 保存于 PID 文件中，如 php-server.pid 文件。代码如下：
protected static function saveMasterPid()
{
// 保存 pid 以实现重载和停止
static::$_masterPid = posix_getpid();
if (false === file_put_contents(static::$pidFile, static::$_masterPid)) {
exit(“can not save pid to” . static::$pidFile . “\n”);
}
echo “PHPServer start\t \033[32m [OK] \033[0m\n”;
}
注册信号处理器
因为守护进程一旦脱离了终端控制，就犹如一匹脱缰的野马，任由其奔腾可能会为所欲为，所以我们需要去驯服它。
这里使用信号来实现进程间通信并控制进程的行为，注册信号处理器如下：
protected static function installSignal()
{
pcntl_signal(SIGINT, array(‘\PHPServer\Worker’, ‘signalHandler’), false);
pcntl_signal(SIGTERM, array(‘\PHPServer\Worker’, ‘signalHandler’), false);
pcntl_signal(SIGUSR1, array(‘\PHPServer\Worker’, ‘signalHandler’), false);
pcntl_signal(SIGQUIT, array(‘\PHPServer\Worker’, ‘signalHandler’), false);
// 忽略信号
pcntl_signal(SIGUSR2, SIG_IGN, false);
pcntl_signal(SIGHUP, SIG_IGN, false);
}
protected static function signalHandler($signal)
{
switch($signal) {
case SIGINT:
case SIGTERM:
static::stop();
break;
case SIGQUIT:
case SIGUSR1:
static::reload();
break;
default: break;
}
}
其中，SIGINT 和 SIGTERM 信号会触发 stop 操作，即终止所有进程；SIGQUIT 和 SIGUSR1 信号会触发 reload 操作，即重新加载所有 Worker 进程；此处忽略了 SIGUSR2 和 SIGHUP 信号，但是并未忽略 SIGKILL 信号，即所有进程都可以被强制 kill 掉。
创建多进程 Worker
Master 进程通过 fork 系统调用，就能创建多个 Worker 进程。实现代码，如下：
protected static function forkOneWorker()
{
$pid = pcntl_fork();
// 父进程
if ($pid > 0) {
static::$_workers[] = $pid;
} else if ($pid === 0) {// 子进程
static::setProcessTitle(‘PHPServer: worker’);
// 子进程会阻塞在这里
static::run();
// 子进程退出
exit(0);
} else {
throw new \Exception(“fork one worker fail”);
}
}
protected static function forkWorkers()
{
while(count(static::$_workers) < static::$workerCount) {
static::forkOneWorker();
}
}
Worker 进程的持续运行
Worker 进程的持续运行，见 流程 ③。其内部调度流程，如下图：
对于 Worker 进程，run() 方法主要执行具体业务逻辑，当然 Worker 进程会被阻塞于此。对于 任务 ① 这里简单地使用 while 来模拟调度，实际中应该使用事件（Select 等）驱动。
public static function run()
{
// 模拟调度, 实际用 event 实现
while (1) {
// 捕获信号
pcntl_signal_dispatch();
call_user_func(function() {
// do something
usleep(200);
});
}
}
其中，pcntl_signal_dispatch() 会在每次调度过程中，捕获信号并执行注册的信号处理器。
Master 进程的持续监控
调度流程
Master 进程的持续监控，见 流程 ②。其内部调度流程，如下图：
对于 Master 进程的调度，这里也使用了 while，但是引入了 wait 的系统调用，它会挂起当前进程，直到一个子进程退出或接收到一个信号。
protected static function monitor()
{
while (1) {
// 这两处捕获触发信号, 很重要
pcntl_signal_dispatch();
// 挂起当前进程的执行直到一个子进程退出或接收到一个信号
$status = 0;
$pid = pcntl_wait($status, WUNTRACED);
pcntl_signal_dispatch();
if ($pid >= 0) {
// worker 健康检查
static::checkWorkerAlive();
}
// 其他你想监控的
}
}
第两次的 pcntl_signal_dispatch() 捕获信号，是由于 wait 挂起时间可能会很长，而这段时间可能恰恰会有信号，所以需要再次进行捕获。
其中，PHPServer 的 停止 和 重载 操作是由信号触发，在信号处理器中完成具体操作；Worker 进程的健康检查 会在每一次的调度过程中触发。
Worker 进程的健康检查
由于 Worker 进程执行繁重的业务逻辑，所以可能会异常崩溃。因此 Master 进程需要监控 Worker 进程健康状态，并尝试维持一定数量的 Worker 进程。健康检查流程，如下图：
代码实现，如下：
protected static function checkWorkerAlive()
{
$allWorkerPid = static::getAllWorkerPid();
foreach ($allWorkerPid as $index => $pid) {
if (!static::isAlive($pid)) {
unset(static::$_workers[$index]);
}
}
static::forkWorkers();
}
停止
Master 进程的持续监控，见 流程 ④。其详细流程，如下图：
入口脚本给 Master 进程发送 SIGINT 信号，Master 进程捕获到该信号并执行 信号处理器，调用 stop() 方法。如下：
protected static function stop()
{
// 主进程给所有子进程发送退出信号
if (static::$_masterPid === posix_getpid()) {
static::stopAllWorkers();
if (is_file(static::$pidFile)) {
@unlink(static::$pidFile);
}
exit(0);
} else {// 子进程退出
// 退出前可以做一些事
exit(0);
}
}
若是 Master 进程执行该方法，会先调用 stopAllWorkers() 方法，向所有的 Worker 进程发送 SIGINT 信号并等待所有 Worker 进程终止退出，再清除 PID 文件并退出。有一种特殊情况，Worker 进程退出超时时，Master 进程则会再次发送 SIGKILL 信号强制杀死所有 Worker 进程；
由于 Master 进程会发送 SIGINT 信号给 Worker 进程，所以 Worker 进程也会执行该方法，并会直接退出。
protected static function stopAllWorkers()
{
$allWorkerPid = static::getAllWorkerPid();
foreach ($allWorkerPid as $workerPid) {
posix_kill($workerPid, SIGINT);
}
// 子进程退出异常, 强制 kill
usleep(1000);
if (static::isAlive($allWorkerPid)) {
foreach ($allWorkerPid as $workerPid) {
static::forceKill($workerPid);
}
}
// 清空 worker 实例
static::$_workers = array();
}
重载
代码发布后，往往都需要进行重新加载。其实，重载过程只需要重启所有 Worker 进程即可。流程如下图：
整个过程共有 2 个流程，流程 ① 终止所有的 Worker 进程，流程 ② 为 Worker 进程的健康检查。其中流程 ①，入口脚本给 Master 进程发送 SIGUSR1 信号，Master 进程捕获到该信号，执行信号处理器调用 reload() 方法，reload() 方法调用 stopAllWorkers() 方法。如下：
protected static function reload()
{
// 停止所有 worker 即可,master 会自动 fork 新 worker
static::stopAllWorkers();
}
reload() 方法只会在 Master 进程中执行，因为 SIGQUIT 和 SIGUSR1 信号不会发送给 Worker 进程。
你可能会纳闷，为什么我们需要重启所有的 Worker 进程，而这里只是停止了所有的 Worker 进程？这是因为，在 Worker 进程终止退出后，由于 Master 进程对 Worker 进程的健康检查 作用，会自动重新创建所有 Worker 进程。
运行效果
到这里，我们已经完成了一个多进程 PHPServer。我们来体验一下：
$ php server.php
Usage: Commands [mode]
Commands:
start Start worker.
stop Stop worker.
reload Reload codes.
Options:
-d to start in DAEMON mode.
Use “–help” for more information about a command.
首先，我们启动它：
$ php server.php start -d
PHPServer start [OK]
其次，查看进程树，如下：
$ pstree -p
init(1)-+-init(3)—bash(4)
|-php(1286)-+-php(1287)
`-php(1288)
最后，我们把它停止：
$ php server.php stop
PHPServer stopping …
PHPServer stop success
现在，你是不是感觉进程控制其实很简单，并没有我们想象的那么复杂。(~┰~*)
总结
我们已经实现了一个简易的多进程 PHPServer，模拟了进程的管理与控制。需要说明的是，Master 进程可能偶尔也会异常地崩溃，为了避免这种情况的发生：
首先，我们不应该给 Master 进程分配繁重的任务，它更适合做一些类似于调度和管理性质的工作；其次，可以使用 Supervisor 等工具来管理我们的程序，当 Master 进程异常崩溃时，可以再次尝试被拉起，避免 Master 进程异常退出的情况发生。
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