Linux 技巧：讓程式在後臺可靠執行的幾種方法

大雄45發表於2022-10-19
Linux
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我們經常會碰到這樣的問題，用 telnet/ssh 登入了遠端的 Linux 伺服器，執行了一些耗時較長的任務， 結果卻由於網路的不穩定導致任務中途失敗。如何讓命令提交後不受本地關閉終端視窗/網路斷開連線的干擾呢？下面舉了一些例子， 您可以針對不同的場景選擇不同的方式來處理這個問題。

nohup/setsid/&

場景：

如果只是臨時有一個命令需要長時間執行，什麼方法能最簡便的保證它在後臺穩定執行呢？

hangup 名稱的來由

在 Unix 的早期版本中，每個終端都會通過 modem 和系統通訊。當使用者 logout 時，modem 就會結束通話（hang up）電話。 同理，當 modem 斷開連線時，就會給終端傳送 hangup 訊號來通知其關閉所有子程式。

解決方法：

我們知道，當使用者登出（logout）或者網路斷開時，終端會收到 HUP（hangup）訊號從而關閉其所有子程式。因此，我們的解決辦法就有兩種途徑：要麼讓程式忽略 HUP 訊號，要麼讓程式執行在新的會話裡從而成為不屬於此終端的子程式。

1. nohup

nohup 無疑是我們首先想到的辦法。顧名思義，nohup 的用途就是讓提交的命令忽略 hangup 訊號。讓我們先來看一下 nohup 的幫助資訊：

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NOHUP(1)                        User Commands                        NOHUP(1)
 
NAME
       nohup - run a command immune to hangups, with output to a non-tty
 
SYNOPSIS
       nohup COMMAND [ARG]...
       nohup OPTION
 
DESCRIPTION
       Run COMMAND, ignoring hangup signals.
 
       --help display this help and exit
 
       --version
              output version information and exit

可見，nohup 的使用是十分方便的，只需在要處理的命令前加上 nohup 即可，標準輸出和標準錯誤預設會被重定向到 nohup.out 檔案中。一般我們可在結尾加上"&"來將命令同時放入後臺執行，也可用">filename 2>&1"來更改預設的重定向檔名。

nohup 示例
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[root@pvcent107 ~]# nohup ping www.ibm.com &
[1] 3059
nohup: appending output to `nohup.out'
[root@pvcent107 ~]# ps -ef |grep 3059
root      3059   984  0 21:06 pts/3    00:00:00 ping www.ibm.com
root      3067   984  0 21:06 pts/3    00:00:00 grep 3059
[root@pvcent107 ~]#

2。setsid

nohup 無疑能通過忽略 HUP 訊號來使我們的程式避免中途被中斷，但如果我們換個角度思考，如果我們的程式不屬於接受 HUP 訊號的終端的子程式，那麼自然也就不會受到 HUP 訊號的影響了。setsid 就能幫助我們做到這一點。讓我們先來看一下 setsid 的幫助資訊：

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SETSID(8)                 Linux Programmer’s Manual                 SETSID(8)
 
NAME
       setsid - run a program in a new session
 
SYNOPSIS
       setsid program [ arg ... ]
 
DESCRIPTION
       setsid runs a program in a new session.

可見 setsid 的使用也是非常方便的，也只需在要處理的命令前加上 setsid 即可。

setsid 示例
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[root@pvcent107 ~]# setsid ping www.ibm.com
[root@pvcent107 ~]# ps -ef |grep www.ibm.com
root     31094     1  0 07:28 ?        00:00:00 ping www.ibm.com
root     31102 29217  0 07:29 pts/4    00:00:00 grep www.ibm.com
[root@pvcent107 ~]#

值得注意的是，上例中我們的程式 ID(PID)為31094，而它的父 ID（PPID）為1（即為 init 程式 ID），並不是當前終端的程式 ID。請將此例與nohup 例中的父 ID 做比較。

3。&

這裡還有一個關於 subshell 的小技巧。我們知道，將一個或多個命名包含在“()”中就能讓這些命令在子 shell 中執行中，從而擴充套件出很多有趣的功能，我們現在要討論的就是其中之一。

當我們將"&"也放入“()”內之後，我們就會發現所提交的作業並不在作業列表中，也就是說，是無法通過jobs來檢視的。讓我們來看看為什麼這樣就能躲過 HUP 訊號的影響吧。

subshell 示例
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[root@pvcent107 ~]# (ping www.ibm.com &)
[root@pvcent107 ~]# ps -ef |grep www.ibm.com
root     16270     1  0 14:13 pts/4    00:00:00 ping www.ibm.com
root     16278 15362  0 14:13 pts/4    00:00:00 grep www.ibm.com
[root@pvcent107 ~]#

從上例中可以看出，新提交的程式的父 ID（PPID）為1（init 程式的 PID），並不是當前終端的程式 ID。因此並不屬於當前終端的子程式，從而也就不會受到當前終端的 HUP 訊號的影響了。

disown

場景：

我們已經知道，如果事先在命令前加上 nohup 或者 setsid 就可以避免 HUP 訊號的影響。但是如果我們未加任何處理就已經提交了命令，該如何補救才能讓它避免 HUP 訊號的影響呢？

解決方法：

這時想加 nohup 或者 setsid 已經為時已晚，只能通過作業排程和 disown 來解決這個問題了。讓我們來看一下 disown 的幫助資訊：

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disown [-ar] [-h] [jobspec ...]
    Without options, each jobspec is  removed  from  the  table  of
    active  jobs.   If  the -h option is given, each jobspec is not
    removed from the table, but is marked so  that  SIGHUP  is  not
    sent  to the job if the shell receives a SIGHUP.  If no jobspec
    is present, and neither the -a nor the -r option  is  supplied,
    the  current  job  is  used.  If no jobspec is supplied, the -a
    option means to remove or mark all jobs; the -r option  without
    a  jobspec  argument  restricts operation to running jobs.  The
    return value is 0 unless a jobspec does  not  specify  a  valid
    job.

可以看出，我們可以用如下方式來達成我們的目的。

靈活運用 CTRL-z

在我們的日常工作中，我們可以用 CTRL-z 來將當前程式掛起到後臺暫停執行，執行一些別的操作，然後再用 fg 來將掛起的程式重新放回前臺（也可用 bg 來將掛起的程式放在後臺）繼續執行。這樣我們就可以在一個終端內靈活切換執行多個任務，這一點在除錯程式碼時尤為有用。因為將程式碼編輯器掛起到後臺再重新放回時，游標定位仍然停留在上次掛起時的位置，避免了重新定位的麻煩。

  • 用disown -h jobspec來使某個作業忽略HUP訊號。
  • 用disown -ah 來使所有的作業都忽略HUP訊號。
  • 用disown -rh 來使正在執行的作業忽略HUP訊號。

需要注意的是，當使用過 disown 之後，會將把目標作業從作業列表中移除，我們將不能再使用jobs來檢視它，但是依然能夠用ps -ef查詢到它。

但是還有一個問題，這種方法的操作物件是作業，如果我們在執行命令時在結尾加了"&"來使它成為一個作業並在後臺執行，那麼就萬事大吉了，我們可以通過jobs命令來得到所有作業的列表。但是如果並沒有把當前命令作為作業來執行，如何才能得到它的作業號呢？答案就是用 CTRL-z（按住Ctrl鍵的同時按住z鍵）了！

CTRL-z 的用途就是將當前程式掛起（Suspend），然後我們就可以用jobs命令來查詢它的作業號，再用bg jobspec來將它放入後臺並繼續執行。需要注意的是，如果掛起會影響當前程式的執行結果，請慎用此方法。

disown 示例1（如果提交命令時已經用“&”將命令放入後臺執行，則可以直接使用“disown”）
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[root@pvcent107 build]# cp -r testLargeFile largeFile &
[1] 4825
[root@pvcent107 build]# jobs
[1]+  Running                 cp -i -r testLargeFile largeFile &
[root@pvcent107 build]# disown -h %1
[root@pvcent107 build]# ps -ef |grep largeFile
root      4825   968  1 09:46 pts/4    00:00:00 cp -i -r testLargeFile largeFile
root      4853   968  0 09:46 pts/4    00:00:00 grep largeFile
[root@pvcent107 build]# logout
disown 示例2（如果提交命令時未使用“&”將命令放入後臺執行，可使用 CTRL-z 和“bg”將其放入後臺，再使用“disown”）
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[root@pvcent107 build]# cp -r testLargeFile largeFile2
 
[1]+  Stopped                 cp -i -r testLargeFile largeFile2
[root@pvcent107 build]# bg %1
[1]+ cp -i -r testLargeFile largeFile2 &
[root@pvcent107 build]# jobs
[1]+  Running                 cp -i -r testLargeFile largeFile2 &
[root@pvcent107 build]# disown -h %1
[root@pvcent107 build]# ps -ef |grep largeFile2
root      5790  5577  1 10:04 pts/3    00:00:00 cp -i -r testLargeFile largeFile2
root      5824  5577  0 10:05 pts/3    00:00:00 grep largeFile2
[root@pvcent107 build]#

screen

場景：

我們已經知道了如何讓程式免受 HUP 訊號的影響，但是如果有大量這種命令需要在穩定的後臺裡執行，如何避免對每條命令都做這樣的操作呢？

解決方法：

此時最方便的方法就是 screen 了。簡單的說，screen 提供了 ANSI/VT100 的終端模擬器，使它能夠在一個真實終端下執行多個全屏的偽終端。screen 的引數很多，具有很強大的功能，我們在此僅介紹其常用功能以及簡要分析一下為什麼使用 screen 能夠避免 HUP 訊號的影響。我們先看一下 screen 的幫助資訊：

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SCREEN(1)                                                           SCREEN(1)
 
NAME
       screen - screen manager with VT100/ANSI terminal emulation
 
SYNOPSIS
       screen [ -options ] [ cmd [ args ] ]
       screen -r [[pid.]tty[.host]]
       screen -r sessionowner/[[pid.]tty[.host]]
 
DESCRIPTION
       Screen  is  a  full-screen  window manager that multiplexes a physical
       terminal between several  processes  (typically  interactive  shells).
       Each  virtual  terminal provides the functions of a DEC VT100 terminal
       and, in addition, several control functions from the  ISO  6429  (ECMA
       48,  ANSI  X3.64)  and ISO 2022 standards (e.g. insert/delete line and
       support for multiple character sets).  There is a  scrollback  history
       buffer  for  each virtual terminal and a copy-and-paste mechanism that
       allows moving text regions between windows.

使用 screen 很方便，有以下幾個常用選項：

  • 用screen -dmS session name來建立一個處於斷開模式下的會話（並指定其會話名）。
  • 用screen -list 來列出所有會話。
  • 用screen -r session name來重新連線指定會話。
  • 用快捷鍵CTRL-a d 來暫時斷開當前會話。
screen 示例
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[root@pvcent107 ~]# screen -dmS Urumchi
[root@pvcent107 ~]# screen -list
There is a screen on:
        12842.Urumchi   (Detached)
1 Socket in /tmp/screens/S-root.
 
[root@pvcent107 ~]# screen -r Urumchi

當我們用“-r”連線到 screen 會話後，我們就可以在這個偽終端裡面為所欲為，再也不用擔心 HUP 訊號會對我們的程式造成影響，也不用給每個命令前都加上“nohup”或者“setsid”了。這是為什麼呢？讓我來看一下下面兩個例子吧。

1. 未使用 screen 時新程式的程式樹
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[root@pvcent107 ~]# ping www.google.com &
[1] 9499
[root@pvcent107 ~]# pstree -H 9499
init─┬─Xvnc
     ├─acpid
     ├─atd
     ├─2*[sendmail]
     ├─sshd─┬─sshd───bash───pstree
     │       └─sshd───bash───ping

我們可以看出，未使用 screen 時我們所處的 bash 是 sshd 的子程式，當 ssh 斷開連線時，HUP 訊號自然會影響到它下面的所有子程式（包括我們新建立的 ping 程式）。

2. 使用了 screen 後新程式的程式樹
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[root@pvcent107 ~]# screen -r Urumchi
[root@pvcent107 ~]# ping www.ibm.com &
[1] 9488
[root@pvcent107 ~]# pstree -H 9488
init─┬─Xvnc
     ├─acpid
     ├─atd
     ├─screen───bash───ping
     ├─2*[sendmail]

而使用了 screen 後就不同了，此時 bash 是 screen 的子程式，而 screen 是 init（PID為1）的子程式。那麼當 ssh 斷開連線時，HUP 訊號自然不會影響到 screen 下面的子程式了。

總結

現在幾種方法已經介紹完畢，我們可以根據不同的場景來選擇不同的方案。nohup/setsid 無疑是臨時需要時最方便的方法，disown 能幫助我們來事後補救當前已經在執行了的作業，而 screen 則是在大批量操作時不二的選擇了。

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