如何避免 Go 命令行执行产生“孤儿”进程？

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在 Go 程序当中，如果我们要执行命令时，通常会使用 exec.Command ，也比较好用，通常状况下，可以达到我们的目的，如果我们逻辑当中，需要终止这个进程，则可以快速使用 cmd.Process.Kill() 方法来结束进程。但当我们要执行的命令会启动其他子进程来操作的时候，会发生什么情况？

一 孤儿进程的产生

测试小程序：

func kill(cmd *exec.Cmd) func() {
    return func() {
    if cmd != nil {
    cmd.Process.Kill()
    }
    }
}

func main() {
    cmd := exec.Command("/bin/bash", "-c", "watch top >top.log")
    time.AfterFunc(1*time.Second, kill(cmd))
    err := cmd.Run()
    fmt.Printf("pid=%d err=%s\n", cmd.Process.Pid, err)
}

执行小程序：

go run main.go

pid=27326 err=signal: killed

查看进程信息：

ps -j

USER    PID  PPID  PGID   SESS JOBC STAT   TT       TIME COMMAND
king  24324     1 24303      0    0 S    s012    0:00.01 watch top

可以看到这个 "watch top" 的 PPID 为 1，说明这个进程已经变成了 “孤儿” 进程。

那为什么会这样，这并不符合我们预期，那么可以从 Go 的文档中找到答案：

二 通过进程组来解决掉所有子进程

在 linux 当中，是有会话、进程组和进程组的概念，并且 Go 也是使用 linux 的 kill(2) 方法来发送信号的，那么是否可以通过 kill 来将要结束进程的子进程都结束掉？

linux 的 kill(2) 的定义如下：

#include <signal.h>

int kill(pid_t pid, int sig);

并在方法的描述中，可以看到如下内容：

如果 pid 为正数的时候，会给指定的 pid 发送 sig 信号，如果 pid 为负数的时候，会给这个进程组发送 sig 信号，那么我们可以通过进程组来将所有子进程退出掉？改一下 Go 程序中 kill 方法：

func kill(cmd *exec.Cmd) func() {
    return func() {
    if cmd != nil {
    // cmd.Process.Kill()
    syscall.Kill(-cmd.Process.Pid, syscall.SIGKILL)
    }
    }
}

func main() {
    cmd := exec.Command("/bin/bash", "-c", "watch top >top.log")
    time.AfterFunc(1*time.Second, kill(cmd))
    err := cmd.Run()
    fmt.Printf("pid=%d err=%s\n", cmd.Process.Pid, err)
}

再次执行：

go run main.go

会发现程序卡住了，我们来看一下当前执行的进程：

ps -j

USER    PID  PPID  PGID   SESS JOBC STAT   TT       TIME COMMAND
king 27655 91597 27655      0    1 S+   s012    0:01.10 go run main.go
king 27672 27655 27655      0    1 S+   s012    0:00.03 ..../exe/main
king 27673 27672 27655      0    1 S+   s012    0:00.00 /bin/bash -c watch top >top.log
king 27674 27673 27655      0    1 S+   s012    0:00.01 watch top

可以看到我们 go run 产生了一个子进程 27672（command 那里是 go 执行的临时目录，比较长，因此添加了省略号），27672 产生了 27673（watch top >top.log）进程，27673 产生了 27674（watch top）进程。那为什么没有将这些子进程都关闭掉呢？

其实之类犯了一个低级错误，从上图中，我们可以看到他们的进程组 ID 为 27655，但是我们传递的是 cmd 的 id 即 27673，这个并不是进程组的 ID，因此程序并没有 kill，导致 cmd.Run() 一直在执行。

在 Linux 中，进程组中的第一个进程，被称为进程组 Leader，同时这个进程组的 ID 就是这个进程的 ID，从这个进程中创建的其他进程，都会继承这个进程的进程组和会话信息；从上面可以看出 go run main.go 程序 PID 和 PGID 同为 27655，那么这个进程就是进程组 Leader，我们不能 kill 这个进程组，除非想“自杀”，哈哈哈。

那么我们给要执行的进程，新建一个进程组，在 Kill 不就可以了嘛。在 linux 当中，通过 setpgid 方法来设置进程组 ID，定义如下：

#include <unistd.h>

int setpgid(pid_t pid, pid_t pgid);

如果将 pid 和 pgid 同时设置成 0，也就是 setpgid(0,0)，则会使用当前进程为进程组 leader 并创建新的进程组。

那么在 Go 程序中，可以通过 cmd.SysProcAttr 来设置创建新的进程组，修改后的代码如下：

func kill(cmd *exec.Cmd) func() {
    return func() {
    if cmd != nil {
    // cmd.Process.Kill()
    syscall.Kill(-cmd.Process.Pid, syscall.SIGKILL)
    }
    }
}

func main() {
    cmd := exec.Command("/bin/bash", "-c", "watch top >top.log")
  cmd.SysProcAttr = &syscall.SysProcAttr{
    Setpgid: true,
    }

    time.AfterFunc(1*time.Second, kill(cmd))
    err := cmd.Run()
    fmt.Printf("pid=%d err=%s\n", cmd.Process.Pid, err)
}

再次执行：

go run main.go

pid=29397 err=signal: killed

再次查看进程：

ps -j

USER    PID  PPID  PGID   SESS JOBC STAT   TT       TIME COMMAND

发现 watch 的进程都不存在了，那我们在看看是否还会有孤儿进程：

# 由于我测试的环境是mac，因此这个脚本只能在mac执行
ps -j | head -1;ps -j | awk '{if ($3 ==1 && $1 !="root"){print $0}}' | head

USER    PID  PPID  PGID   SESS JOBC STAT   TT       TIME COMMAND

已经没有孤儿进程了，问题至此已经完全解决。

三 子进程监听父进程是否退出(只能在 linux 下执行)

假设要调用的程序也是我们自己写的其他应用程序，那么可以使用 Linux 的 prctl 方法来处理， prctl 方法的定义如下：

#include <sys/prctl.h>

int prctl(int option, unsigned long arg2, unsigned long arg3,
          unsigned long arg4, unsigned long arg5);

这个方法有一个重要的 option：PR_SET_PDEATHSIG，通过这个来接收父进程的退出。

让我们来再次构造一个有问题的程序。

有两个文件，分别为 main.go 和 child.go 文件，main.go 会调用 child.go 文件。

main.go 文件：

package main

import (
        "os/exec"
)

func main() {
        cmd := exec.Command("./child")
        cmd.Run()
}

child.go 文件：

package main

import (
    "fmt"
    "time"
)

func main() {
    for {
    time.Sleep(200 * time.Millisecond)
    fmt.Println(time.Now())
    }
}

在 Linux 环境中分别编译这两个文件：

// 编译 main.go 生成 main 二进制文件
go build -o main main.go

// 编译 child.go 生成 child 二进制文件
go build -o child child.go

执行 main 二进制文件：

main

查看他们的进程：

ps -ef

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 06:05 pts/0    00:00:00 /bin/bash
root     11514     1  0 12:12 pts/0    00:00:00 ./main
root     11520 11514  0 12:12 pts/0    00:00:00 ./child

可以看到 main 和 child 的进程，child 是 main 的子进程，我们将 main 进程 kill 掉，在查看进程状态：

kill -9 11514

ps -ef

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 06:05 pts/0    00:00:00 /bin/bash
root     11520     1  0 12:12 pts/0    00:00:00 ./child

我们可以看到 child 的进程，他的 PPID 已经变成了 1，说明这个进程已经变成了孤儿进程。

那接下来我们可以使用 PR_SET_PDEATHSIG 来保证父进程退出，子进程也退出，大致方式有两种：使用 CGO 调用和使用 syscall.RawSyscall 来调用。

1 使用 CGO

将 child 修改成如下内容：

import (
    "fmt"
    "time"
)

// #include <stdio.h>
// #include <stdlib.h>
// #include <sys/prctl.h>
// #include <signal.h>
//
// static void killTest() {
//    prctl(PR_SET_PDEATHSIG,SIGKILL);
// }
import "C"

func main() {
    C.killTest()

    for {
    time.Sleep(200 * time.Millisecond)
    fmt.Println(time.Now())
    }
}

程序中，使用 CGO，为了简单的展示，在 Go 文件中编写了 C 的 killTest 方法，并调用了 prctl 方法，然后在 Go 程序中调用 killTest 方法，让我们重新编译执行一下，再看看进程：

go build -o child child.go
./main & 
ps -ef 

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 06:05 pts/0    00:00:00 /bin/bash
root     11663     1  0 12:28 pts/0    00:00:00 ./main
root     11669 11663  0 12:28 pts/0    00:00:00 ./child

再次 kill 掉 main，并查看进程：

kill -9 11663
ps -ef

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 06:05 pts/0    00:00:00 /bin/bash

可以看到 child 的进程也已经退出了，说明 CGO 调用的 prctl 生效了。

2 syscall.RawSyscall 方法

也可以采用 Go 中提供的 syscall.RawSyscall 方法来替代调用 CGO，在 Go 的文档中，可以查看到 syscall 包中定义的常量（查看 linux，如果是本地 godoc，需要指定 GOOS=linux），可以看到我们要用的几个常量以及他们对应的数值：

// 其他内容省略掉了
const(
    ....
    PR_SET_PDEATHSIG                 = 0x1
    ....
)

const(     
    .....
    SYS_PRCTL                  = 157
    .....
)

其中 PR_SET_PDEATHSIG 操作的值为 1，SYS_PRCTL 的值为 157，那么将 child.go 修改成如下内容：

package main

import (
    "fmt"
    "os"
    "syscall"
    "time"
)

func main() {
    _, _, errno := syscall.RawSyscall(uintptr(syscall.SYS_PRCTL), uintptr(syscall.PR_SET_PDEATHSIG), uintptr(syscall.SIGKILL), 0)
    if errno != 0 {
    os.Exit(int(errno))
    }

    for {
    time.Sleep(200 * time.Millisecond)
    fmt.Println(time.Now())
    }
}

再次编译并执行：

go build -o child child.go
./main & 
ps -ef

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 06:05 pts/0    00:00:00 /bin/bash
root     12208     1  0 12:46 pts/0    00:00:00 ./main
root     12214 12208  0 12:46 pts/0    00:00:00 ./child

将 main 进程结束掉：

kill -9 12208
ps -ef

UID        PID  PPID  C STIME TTY          TIME CMD
root         1     0  0 06:05 pts/0    00:00:00 /bin/bash

child 进程已经退出了，也达成了最终效果。

四 总结

当我们使用 Go 程序执行其他程序的时候，如果其他程序也开启了其他进程，那么在 kill 的时候可能会把这些进程变成孤儿进程，一直执行并滞留在内存中。当然，如果我们程序非法退出，或者被 kill 调用，也会导致我们执行的进程变成孤儿进程，那么为了解决这个问题，从两个思路来解决：

但不管使用哪种方式，都只是提供了一种思路，在我们编写服务端服务程序的时候，需要特殊关注，防止孤儿进程消耗服务器资源。

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