PHP Daemons - część I

Tomasz Świacko-Świackiewicz — php Sie    

Bardzo często, w zależności od rozwiązywanego problemu, stosuje się powszechnie znane rozwiązania, np. strona web - PHP, rozwiązania klient-serwer bądź daemony - język C itd. Zaletą takiego podejścia jest fakt, iż rozwiązania te zostały zoptymalizowane i wielokrotnie przetestowane w boju. Zdarza się jednak tak, że oprogramowanie wytwarzane w naszej firmie skoncentrowane jest wokół jednej (bądź grupy) technologii, np. PHP / LAMP. Poznanie i wdrożenie nowej technologii może być zbyt kosztowne czy też czasochłonne. W takiej sytuacji adaptuje się istniejące rozwiązania do naszych potrzeb. Podobnie będzie w naszym przypadku - głównym bohaterem tego artykułu będzie daemon zaimplementowany w PHP.

Fork

Głównym wyzwaniem przed jakim staje taki daemon jest obsługa wielu równoległych połączeń. Niestety, język PHP nie został zaprojektowany z myślą o obsłudze wielu wątkow. Zatem, pozostaje nam skorzystać z tradycyjnej obsługi wielu zadań (ang. multitasking) znanej z systemów Unix - powielanie procesów za pomocą forka (ang. forking): tworzony jest nowy proces (będący duplikatem procesu głównego ale z pewnymi wyjątkami), którego przetwarzanie rozpoczyna się w miejscu wywołania pcntl_fork(), natomiast oryginalny proces kontynuuje dalej swoje działanie. W ten sposób uzyskaliśmy dwa egzemplarze naszego oryginalnego procesu rozróżniane na podstawie identyfikatora PID (nowy proces otrzymuje swój indywidualny PID). Wracając do naszego daemona, proces główny (ang. parent) odpowiedzialny będzie za przyjmowanie przychodzących połączeń, stworzenie nowego procesu (ang. child) i przekazanie obsługi połączenia do tego procesu. Dzięki temu każde połączenie z daemonem obsługiwane jest przez dedykowany proces a tym samym możliwa jest realizacja wielu zadań równolegle.

protected function processConnection(AbstractDaemonConnection $conn)
{
    $pid = pcntl_fork();
    if (-1 == $pid) {
        trigger_error('Unable to fork parent process: ' . pcntl_strerror(pcntl_get_last_error()), E_USER_ERROR);
    }
    elseif ($pid) {
        
        // kod procesu rodzica...
		
        return true;
    }

    // kod procesu dziecka...
}

Sygnały

Podejście takie wymusza obsługę komunikacji między procesami. Komunikacja międzyprocesowa realizowana będzie za pomocą, znanych z systemów Unixowych, sygnałów (ang. signals). Przykładowo, proces dziecko kończąc swoje działanie wysyła sygnał SIGCHLD, który dalej obsługiwany jest przez proces rodzica (główny) bądź proces główny kończąc swoje działanie wysyła SIGTERM do procesów dzieci (kończąc ich działanie).

public function __construct($host = '0.0.0.0', $port = 1234)
{
    // inicjalizacja...
    
    $this->parent = posix_getpid();

    // obsluga przychodzacych sygnalow
    pcntl_signal(SIGCHLD, [$this, "handleSignals"]);
    pcntl_signal(SIGTERM, [$this, "handleSignals"], false);
    pcntl_signal(SIGHUP, [$this, "handleSignals"], false);
    pcntl_signal(SIGINT, [$this, "handleSignals"], false);
}

public function handleSignals($sigNo, $pid = null, $status = null)
{
    // obsluga sygnalow...
}

Timeouty

Warto wzbogacić naszego daemona o obsługę timeout’ów, ponieważ możemy dość łatwo wyczerpać pulę dostępnych połączeń jeśli wszyscy klienci zaraz po podłączeniu do daemona zaprzestaną dalszej aktywności. Do obsługi timeout’ów również wykorzystane zostaną sygnały - SIGALRM.

public function handleTimeout($sigNo)
{
    if (SIGALRM == $sigNo and posix_getpid() != $this->parent) {
        $this->connection->close();
        exit(1);
    }
}

protected function processConnection(AbstractDaemonConnection $conn)
{
    // jakis kod...

    // jesli obsluga timeoutow zostala wlaczona,
    // podpinamy handler do obslugi timeoutow oraz ustawiamy timer
    if ($this->connectionTimeout > 0) {
        pcntl_signal(SIGALRM, [$this, "handleTimeout"], false);
        pcntl_alarm($this->connectionTimeout);
    }

    // jakis kod...
}

Aby zapobiec nadmiernemu obciążeniu naszego systemu (poprzez niekontrolowane forkowanie procesów) bądź sytuacji znanej jako fork bomb, konieczne jest zarządzanie pulą dostępnych połączeń. Odpowiedzialny za to będzie proces główny, który przechowuje listę aktywnych połączeń. W przypadku przekroczenia dopuszczalnej liczby połączeń, wstrzymuje przyjmowanie nowych połączeń do czasu zwolnienia puli.

Sockets

Ostatnim elementem układanki jest zapewnienie komunikacji na linii klient-serwer. Wykorzystane zostaną tutaj sockety (ang. sockets).

public function listen()
{
    $this->sock = socket_create(AF_INET, SOCK_STREAM, SOL_TCP);
    socket_set_option($this->sock, SOL_SOCKET, SO_REUSEADDR, 1);
    socket_bind($this->sock, $this->host, $this->port);
    socket_listen($this->sock, $this->maxConnections);

    while (true) {
        // kontrola liczby polaczen...

        if (false !== ($sock = @socket_accept($this->sock))) {
            $this->processConnection($this->createNewConnection($sock));
        }
    }

    socket_close($this->sock);
}

Daemon, z definicji, jest procesem działającym w tle (ang. background) oraz dodatkowo raz uruchomiony powinien działać zawsze - stąd w powyższym fragmencie kodu warunek while(true). Dodatkowo dobrze zaimplementowany daemon powinien zapobiegać uruchomieniu wielu instancji w danym środowisku (np. poprzez locks) czy też nie powinien wyświetlać komunikatów na STDOUT (w powyższym przykładzie jedynie w celach diagnostycznych). W omawianym tutaj przykładzie przedstawione zostały jedynie podstawowe mechanizmy umożliwiające implementację daemona w PHP, ale pewne elementy nadal wymagają pracy, np. obsługa błędów czy też proces nadrzędny restartujący daemona w przypadku błędu. Tym samym zachęcam do korzystania z mojego przykładu i dostosowania go do Waszych potrzeb.

Kompletny kod znajdziecie tutaj.

Przydatne linki:

tagi:  ,  ,  ,  ,  ,  , 

Tomasz Świacko-Świackiewicz Autor

Tomasz Świacko-Świackiewicz

Software Architect, GetResponse

Komentarze