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[Linux] Linux 守護程序的啟動方法

本文介紹如何将一個 Web 應用，啟動為守護程序。

[Linux] Linux 守護程式的啟動方法

一、問題的由來

Web應用寫好後，下一件事就是啟動，讓它一直在背景運作。

這并不容易。舉例來說，下面是一個最簡單的Node應用​

​server.js​

​，隻有6行。

var http = require('http');

http.createServer(function(req, res) {
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World');
}).listen(5000);

你在指令行下啟動它。

$ node server.js

看上去一切正常，所有人都能快樂地通路 5000 端口了。但是，一旦你退出指令行視窗，這個應用就一起退出了，無法通路了。

怎麼才能讓它變成系統的守護程序（daemon），成為一種服務（service），一直在那裡運作呢？

二、前台任務與背景任務

上面這樣啟動的腳本，稱為"前台任務"（foreground job）。它會獨占指令行視窗，隻有運作完了或者手動中止，才能執行其他指令。

變成守護程序的第一步，就是把它改成"背景任務"（background job）。

$ node server.js &

隻要在指令的尾部加上符号​

​&​

​，啟動的程序就會成為"背景任務"。如果要讓正在運作的"前台任務"變為"背景任務"，可以先按​

​ctrl + z​

​，然後執行​

​bg​

​指令（讓最近一個暫停的"背景任務"繼續執行）。

"背景任務"有兩個特點。

  1. 繼承目前 session （對話）的标準輸出（stdout）和标準錯誤（stderr）。是以，背景任務的所有輸出依然會同步地在指令行下顯示。
  2. 不再繼承目前 session 的标準輸入（stdin）。你無法向這個任務輸入指令了。如果它試圖讀取标準輸入，就會暫停執行（halt）。

可以看到，"背景任務"與"前台任務"的本質差別隻有一個：是否繼承标準輸入。是以，執行背景任務的同時，使用者還可以輸入其他指令。

三、SIGHUP信号

變為"背景任務"後，一個程序是否就成為了守護程序呢？或者說，使用者退出 session 以後，"背景任務"是否還會繼續執行？

Linux系統是這樣設計的。

  1. 使用者準備退出 session
  2. 系統向該 session 發出​

    ​SIGHUP​

     ​信号
  3. session 将​

    ​SIGHUP​

     ​信号發給所有子程序
  4. 子程序收到​

    ​SIGHUP​

     ​信号後，自動退出

上面的流程解釋了，為什麼"前台任務"會随着 session 的退出而退出：因為它收到了​

​SIGHUP​

​信号。

那麼，"背景任務"是否也會收到​

​SIGHUP​

​信号？

這由 Shell 的​

​huponexit​

​參數決定的。

$ shopt | grep huponexit

執行上面的指令，就會看到​

​huponexit​

​參數的值。

大多數Linux系統，這個參數預設關閉（​

​off​

​）。是以，session 退出的時候，不會把​

​SIGHUP​

​信号發給"背景任務"。是以，一般來說，"背景任務"不會随着 session 一起退出。

四、disown 指令

通過"背景任務"啟動"守護程序"并不保險，因為有的系統的​

​huponexit​

​參數可能是打開的（​

​on​

​）。

更保險的方法是使用​

​disown​

​指令。它可以将指定任務從"背景任務"清單（​

​jobs​

​指令的傳回結果）之中移除。一個"背景任務"隻要不在這個清單之中，session 就肯定不會向它發出​

​SIGHUP​

 
$ node server.js &
$ disown

執行上面的指令以後，​

​server.js​

​程序就被移出了"背景任務"清單。你可以執行​

​jobs​

​指令驗證，輸出結果裡面，不會有這個程序。

​

​disown​

​的用法如下。

# 移出最近一個正在執行的背景任務
$ disown

# 移出所有正在執行的背景任務
$ disown -r

# 移出所有背景任務
$ disown -a

# 不移出背景任務，但是讓它們不會收到SIGHUP信号
$ disown -h

# 根據jobId，移出指定的背景任務
$ disown %2
$ disown -h %2

五、标準 I/O

使用​

​disown​

​指令之後，還有一個問題。那就是，退出 session 以後，如果背景程序與标準I/O有互動，它還是會挂掉。

還是以上面的腳本為例，現在加入一行。

var http = require('http');

http.createServer(function(req, res) {
  console.log('server starts...'); // 加入此行
  res.writeHead(200, {'Content-Type': 'text/plain'});
  res.end('Hello World');
}).listen(5000);

啟動上面的腳本，然後再執行​

​disown​

​指令。

$ node server.js &
$ disown

接着，你退出 session，通路5000端口，就會發現連不上。

這是因為"背景任務"的标準 I/O 繼承自目前 session，​

​disown​

​指令并沒有改變這一點。一旦"背景任務"讀寫标準 I/O，就會發現它已經不存在了，是以就報錯終止執行。

為了解決這個問題，需要對"背景任務"的标準 I/O 進行重定向。

$ node server.js > stdout.txt 2> stderr.txt < /dev/null &
$ disown

上面這樣執行，基本上就沒有問題了。

六、nohup 指令

還有比​

​disown​

​更友善的指令，就是​

​nohup​

​。

$ nohup node server.js &

​nohup​

​指令對​

​server.js​

​程序做了三件事。

  • 阻止​

    ​SIGHUP​

     ​信号發到這個程序。
  • 關閉标準輸入。該程序不再能夠接收任何輸入，即使運作在前台。
  • 重定向标準輸出和标準錯誤到檔案​

    ​nohup.out​

也就是說，​

​nohup​

​指令實際上将子程序與它所在的 session 分離了。

注意，​

​nohup​

​指令不會自動把程序變為"背景任務"，是以必須加上​

​&​

​符号。

七、Screen 指令與 Tmux 指令

另一種思路是使用 terminal multiplexer （終端複用器：在同一個終端裡面，管理多個session），典型的就是 Screen 指令和 Tmux 指令。

它們可以在目前 session 裡面，建立另一個 session。這樣的話，目前 session 一旦結束，不影響其他 session。而且，以後重新登入，還可以再連上早先建立的 session。

Screen 的用法如下。

# 建立一個 session
$ screen
$ node server.js

然後，按下​

​ctrl + A​

​和​

​ctrl + D​

​，回到原來的 session，從那裡登出。下次登入時，再切回去。

$ screen -r

如果建立多個背景 session，就需要為它們指定名字。

$ screen -S name

# 切回指定 session
$ screen -r name
$ screen -r pid_number

# 列出所有 session
$ screen -ls

如果要停掉某個 session，可以先切回它，然後按下​

​ctrl + c​

​ctrl + d​

Tmux 比 Screen 功能更多、更強大，它的基本用法如下。

$ tmux
$ node server.js

# 傳回原來的session
$ tmux detach

除了​

​tmux detach​

​，另一種方法是按下​

​Ctrl + B​

​d​

​ ，也可以回到原來的 session。

# 下次登入時，傳回背景正在運作服務session
$ tmux attach

如果建立多個 session，就需要為每個 session 指定名字。

# 建立 session
$ tmux new -s session_name

# 切換到指定 session
$ tmux attach -t session_name

# 列出所有 session
$ tmux list-sessions

# 退出目前 session，傳回前一個 session 
$ tmux detach

# 殺死指定 session
$ tmux kill-session -t session-name

八、Node 工具

對于 Node 應用來說，可以不用上面的方法，有一些專門用來啟動的工具：​​forever​​，​​nodemon​​ 和 ​​pm2​​。

forever 的功能很簡單，就是保證程序退出時，應用會自動重新開機。

# 作為前台任務啟動
$ forever server.js

# 作為服務程序啟動 
$ forever start app.js

# 停止服務程序
$ forever stop Id

# 重新開機服務程序
$ forever restart Id

# 監視目前目錄的檔案變動，一有變動就重新開機
$ forever -w server.js

# -m 參數指定最多重新開機次數
$ forever -m 5 server.js 

# 列出所有程序
$ forever list

​nodemon​

​一般隻在開發時使用，它最大的長處在于 watch 功能，一旦檔案發生變化，就自動重新開機程序。

# 預設監視目前目錄的檔案變化
$ nodemon server.js

＃ 監視指定檔案的變化   
$ nodemon --watch app --watch libs server.js

pm2 的功能最強大，除了重新開機程序以外，還能實時收集日志和監控。

# 啟動應用
$ pm2 start app.js

# 指定同時起多少個程序（由CPU核心數決定），組成一個叢集
$ pm2 start app.js -i max

# 列出所有任務
$ pm2 list

# 停止指定任務
$ pm2 stop 0

＃ 重新開機指定任務
$ pm2 restart 0

# 删除指定任務
$ pm2 delete 0

# 儲存目前的所有任務，以後可以恢複
$ pm2 save

# 列出每個程序的統計資料
$ pm2 monit

# 檢視所有日志
$ pm2 logs

# 導出資料
$ pm2 dump

# 重新開機所有程序
$ pm2 kill
$ pm2 resurect

# 啟動web界面 http://localhost:9615
$ pm2 web

十、Systemd

除了專用工具以外，Linux系統有自己的守護程序管理工具 Systemd 。它是作業系統的一部分，直接與核心互動，性能出色，功能極其強大。我們完全可以将程式交給 Systemd ，讓系統統一管理，成為真正意義上的系統服務。

（完）

背景任務 守護程序 前台任務 重新開機 移出
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