subprocess.Popen之preexec_fn参数

subprocess.Popen之preexec_fn参数

1、场景

Python 标准库 subprocess.Popen 是 shellout 一个外部进程的首选，它在 Linux/Unix 平台下的实现方式是 fork 产生子进程然后 exec 载入外部可执行程序。

于是问题就来了，如果我们需要一个类似“夹具”的子进程（比如subprocess子进程中还run子子进程）， 那么就需要在退出上下文的时候清理现场，也就是结束被跑起来的子进程。

 

2、简单粗暴的做法

 def process_fixture(shell_args):
     proc = subprocess.Popen(shell_args)
     try:
         yield
     finally:
         # 无论是否发生异常，现场都是需要清理的
         proc.terminate()
         # 必须wait，如果子进程被中止了而父进程继续运行， 子进程就会一直占用 pid 而成为僵尸进程，直到父进程也中止了才被托孤给 init进程 清理掉
         proc.wait()
 
 
 if __name__ == '__main__':
     with process_fixture(['python', 'SimpleHTTPServer', '8080']) as proc:
         print('pid %d' % proc.pid)
         print(urllib.urlopen('http://localhost:8080').read())

这个简单粗暴版对简单的情况可能有效，但是被运行程序可能会再 fork 一些子进程来工作，自己则只monitor —— 这是不少 Web Server 的做法。 对这种被运行程序如果简单地 terminate，也即对其 pid 发 SIGTERM， 那就相当于谋杀了monitor进程，真正的工作进程也就因此被托孤给 init，变成畸形的守护进程。

 

3、使用preexec_fn参数

这个问题稍微有点棘手，因为自从被运行程序 fork 以后，产生的子进程都享有独立的进程空间和 pid，也就是它超出了我们触碰的范围。

subprocess.Popen 有个 preexec_fn 参数，它接受一个回调函数，并在 fork 之后 exec 之前的间隙中执行它。我们可以利用这个特性对被运行的子进程做出一些修改，比如执行 setsid() 成立一个独立的进程组。

Linux 的进程组是一个进程的集合，任何进程用系统调用 setsid 可以创建一个新的进程组，并让自己成为首领进程。首领进程的子子孙孙只要没有再调用 setsid 成立自己的独立进程组，那么它都将成为这个进程组的成员。 之后进程组内只要还有一个存活的进程，那么这个进程组就还是存在的，即使首领进程已经死亡也不例外。 而这个存在的意义在于，我们只要知道了首领进程的 pid (同时也是进程组的 pgid)， 那么可以给整个进程组发送 signal，组内的所有进程都会收到。

因此利用这个特性，就可以通过 preexec_fn 参数让 Popen 成立自己的进程组， 然后再向进程组发送 SIGTERM 或 SIGKILL，中止 subprocess.Popen 所启动进程的子子孙孙。当然，前提是这些子子孙孙中没有进程再调用 setsid 分裂自立门户成立各自的进程组。

import signal
import os
import subprocess


def process_fixture(shell_args):
    # 成立一个进程组，并由自己作为master进程
    proc = subprocess.Popen(shell_args, preexec_fn=os.setsid)
    try:
        yield
    finally:
        proc.terminate()
        proc.wait()
 
        try:
            os.killpg(proc.pid, signal.SIGTERM)
        except OSError as e:
            print(e)

python 3.2 之后 subprocess.Popen 新增了一个选项 start_new_session， Popen(args, start_new_session=True) 即等效于 preexec_fn=os.setsid 。

4、总结分析

这种利用进程组来清理子进程的后代的方法，比简单地中止子进程本身更加“干净”。基于 Python 实现的 Procfile 进程管理工具 Honcho 也采用了这个方法。

当然，因为不能保证被运行进程的子进程一定不会调用 setsid， 所以这个方法不能算“通用”，只能算“相对可用”。

如果真的要百分之百通用，那么像 systemd 那样使用 cgroups 来追溯进程创建过程也许是唯一的办法。也难怪说 systemd 是第一个能正确地关闭服务的 init 工具。