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

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import sys, os
'''将当前进程fork为一个守护进程
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
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
'''
def daemonize (stdin='/dev/null', stdout='/dev/null', stderr='/dev/null'):
#重定向标准文件描述符（默认情况下定向到/dev/null）
try:
pid = os.fork()
#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。
if pid > 0:
sys.exit(0) #父进程退出
except OSError, e:
sys.stderr.write ("fork #1 failed: (%d) %s\n" % (e.errno, e.strerror) )
sys.exit(1)
#从母体环境脱离
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
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。
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。
#执行第二次fork
try:
pid = os.fork()
if pid > 0:
sys.exit(0) #第二个父进程退出
except OSError, e:
sys.stderr.write ("fork #2 failed: (%d) %s\n" % (e.errno, e.strerror) )
sys.exit(1)
#进程已经是守护进程了，重定向标准文件描述符
for f in sys.stdout, sys.stderr: f.flush()
si = open(stdin, 'r')
so = open(stdout, 'a+')
se = open(stderr, 'a+', 0)
os.dup2(si.fileno(), sys.stdin.fileno()) #dup2函数原子化关闭和复制文件描述符
os.dup2(so.fileno(), sys.stdout.fileno())
os.dup2(se.fileno(), sys.stderr.fileno())
#示例函数：每秒打印一个数字和时间戳
def main():
import time
sys.stdout.write('Daemon started with pid %d\n' % os.getpid())
sys.stdout.write('Daemon stdout output\n')
sys.stderr.write('Daemon stderr output\n')
c = 0
while True:
sys.stdout.write('%d: %s\n' %(c, time.ctime()))
sys.stdout.flush()
c = c+1
time.sleep(1)
if __name__ == "__main__":
daemonize('/dev/null','/tmp/daemon_stdout.log','/tmp/daemon_error.log')
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。
Python实例浅谈之五Python守护进程和脚本单例运行-LMLPHP

2、类实现

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
#python模拟linux的守护进程
import sys, os, time, atexit, string
from signal import SIGTERM
class Daemon:
def __init__(self, pidfile, stdin='/dev/null', stdout='/dev/null', stderr='/dev/null'):
#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。
self.stdin = stdin
self.stdout = stdout
self.stderr = stderr
self.pidfile = pidfile
def _daemonize(self):
try:
pid = os.fork() #第一次fork，生成子进程，脱离父进程
if pid > 0:
sys.exit(0) #退出主进程
except OSError, e:
sys.stderr.write('fork #1 failed: %d (%s)\n' % (e.errno, e.strerror))
sys.exit(1)
os.chdir("/") #修改工作目录
os.setsid() #设置新的会话连接
os.umask(0) #重新设置文件创建权限
try:
pid = os.fork() #第二次fork，禁止进程打开终端
if pid > 0:
sys.exit(0)
except OSError, e:
sys.stderr.write('fork #2 failed: %d (%s)\n' % (e.errno, e.strerror))
sys.exit(1)
#重定向文件描述符
sys.stdout.flush()
sys.stderr.flush()
si = file(self.stdin, 'r')
so = file(self.stdout, 'a+')
se = file(self.stderr, 'a+', 0)
os.dup2(si.fileno(), sys.stdin.fileno())
os.dup2(so.fileno(), sys.stdout.fileno())
os.dup2(se.fileno(), sys.stderr.fileno())
#注册退出函数，根据文件pid判断是否存在进程
atexit.register(self.delpid)
pid = str(os.getpid())
file(self.pidfile,'w+').write('%s\n' % pid)
def delpid(self):
os.remove(self.pidfile)
def start(self):
#检查pid文件是否存在以探测是否存在进程
try:
pf = file(self.pidfile,'r')
pid = int(pf.read().strip())
pf.close()
except IOError:
pid = None
if pid:
message = 'pidfile %s already exist. Daemon already running!\n'
sys.stderr.write(message % self.pidfile)
sys.exit(1)
#启动监控
self._daemonize()
self._run()
def stop(self):
#从pid文件中获取pid
try:
pf = file(self.pidfile,'r')
pid = int(pf.read().strip())
pf.close()
except IOError:
pid = None
if not pid: #重启不报错
message = 'pidfile %s does not exist. Daemon not running!\n'
sys.stderr.write(message % self.pidfile)
return
#杀进程
try:
while 1:
os.kill(pid, SIGTERM)
time.sleep(0.1)
#os.system('hadoop-daemon.sh stop datanode')
#os.system('hadoop-daemon.sh stop tasktracker')
#os.remove(self.pidfile)
except OSError, err:
err = str(err)
if err.find('No such process') > 0:
if os.path.exists(self.pidfile):
os.remove(self.pidfile)
else:
print str(err)
sys.exit(1)
def restart(self):
self.stop()
self.start()
def _run(self):
""" run your fun"""
while True:
#fp=open('/tmp/result','a+')
#fp.write('Hello World\n')
sys.stdout.write('%s:hello world\n' % (time.ctime(),))
sys.stdout.flush()
time.sleep(2)
if __name__ == '__main__':
daemon = Daemon('/tmp/watch_process.pid', stdout = '/tmp/watch_stdout.log')
if len(sys.argv) == 2:
if 'start' == sys.argv[1]:
daemon.start()
elif 'stop' == sys.argv[1]:
daemon.stop()
elif 'restart' == sys.argv[1]:
daemon.restart()
else:
print 'unknown command'
sys.exit(2)
sys.exit(0)
else:
print 'usage: %s start|stop|restart' % sys.argv[0]
sys.exit(2)

运行结果：
Python实例浅谈之五Python守护进程和脚本单例运行-LMLPHP

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。

class MyDaemon(Daemon):
def run(self):
while True:
fp=open('/tmp/run.log','a+')
fp.write('Hello World\n')
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。

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

三、python保证只能运行一个脚本实例

1、打开文件本身加锁

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import fcntl, sys, time, os
pidfile = 0
def ApplicationInstance():
global pidfile
pidfile = open(os.path.realpath(__file__), "r")
try:
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
except:
print "another instance is running..."
sys.exit(1)
if __name__ == "__main__":
ApplicationInstance()
while True:
print 'running...'
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）。
Python实例浅谈之五Python守护进程和脚本单例运行-LMLPHP

2、打开自定义文件并加锁

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import fcntl, sys, time
pidfile = 0
def ApplicationInstance():
global pidfile
pidfile = open("instance.pid", "w")
try:
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
except IOError:
print "another instance is running..."
sys.exit(0)
if __name__ == "__main__":
ApplicationInstance()
while True:
print 'running...'
time.sleep(1)

3、检测文件中PID

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import time, os, sys
import signal
pidfile = '/tmp/process.pid'
def sig_handler(sig, frame):
if os.path.exists(pidfile):
os.remove(pidfile)
sys.exit(0)
def ApplicationInstance():
signal.signal(signal.SIGTERM, sig_handler)
signal.signal(signal.SIGINT, sig_handler)
signal.signal(signal.SIGQUIT, sig_handler)
try:
pf = file(pidfile, 'r')
pid = int(pf.read().strip())
pf.close()
except IOError:
pid = None
if pid:
sys.stdout.write('instance is running...\n')
sys.exit(0)
file(pidfile, 'w+').write('%s\n' % os.getpid())
if __name__ == "__main__":
ApplicationInstance()
while True:
print 'running...'
time.sleep(1)

Python实例浅谈之五Python守护进程和脚本单例运行-LMLPHP

4、检测特定文件夹或文件

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import time, commands, signal, sys
def sig_handler(sig, frame):
if os.path.exists("/tmp/test"):
os.rmdir("/tmp/test")
sys.exit(0)
def ApplicationInstance():
signal.signal(signal.SIGTERM, sig_handler)
signal.signal(signal.SIGINT, sig_handler)
signal.signal(signal.SIGQUIT, sig_handler)
if commands.getstatusoutput("mkdir /tmp/test")[0]:
print "instance is running..."
sys.exit(0)
if __name__ == "__main__":
ApplicationInstance()
while True:
print 'running...'
time.sleep(1)

也可以检测某一个特定的文件，判断文件是否存在：

import os
import os.path
import time
#class used to handle one application instance mechanism
class ApplicationInstance:
#specify the file used to save the application instance pid
def __init__( self, pid_file ):
self.pid_file = pid_file
self.check()
self.startApplication()
#check if the current application is already running
def check( self ):
#check if the pidfile exists
if not os.path.isfile( self.pid_file ):
return
#read the pid from the file
pid = 0
try:
file = open( self.pid_file, 'rt' )
data = file.read()
file.close()
pid = int( data )
except:
pass
#check if the process with specified by pid exists
if 0 == pid:
return
try:
os.kill( pid, 0 ) #this will raise an exception if the pid is not valid
except:
return
#exit the application
print "The application is already running..."
exit(0) #exit raise an exception so don't put it in a try/except block
#called when the single instance starts to save it's pid
def startApplication( self ):
file = open( self.pid_file, 'wt' )
file.write( str( os.getpid() ) )
file.close()
#called when the single instance exit ( remove pid file )
def exitApplication( self ):
try:
os.remove( self.pid_file )
except:
pass
if __name__ == '__main__':
#create application instance
appInstance = ApplicationInstance( '/tmp/myapp.pid' )
#do something here
print "Start MyApp"
time.sleep(5) #sleep 5 seconds
print "End MyApp"
#remove pid file
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

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import socket, time, sys
def ApplicationInstance():
try:
global s
s = socket.socket()
host = socket.gethostname()
s.bind((host, 60123))
except:
print "instance is running..."
sys.exit(0)
if __name__ == "__main__":
ApplicationInstance()
while True:
print 'running...'
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）：

#!/usr/bin/env python
#coding: utf-8
import socket, time, sys
import functools
#使用装饰器实现
def ApplicationInstance(func):
@functools.wraps(func)
def fun(*args,**kwargs):
import socket
try:
global s
s = socket.socket()
host = socket.gethostname()
s.bind((host, 60123))
except:
print('already has an instance...')
return None
return func(*args,**kwargs)
return fun
@ApplicationInstance
def main():
while True:
print 'running...'
time.sleep(1)
if __name__ == "__main__":
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！

sys

Python实例浅谈之五Python守护进程和脚本单例运行