使用 Go 语言实现优雅的服务器重启

Go被设计为一种后台语言，它通常也被用于后端程序中。服务端程序是GO语言最常见的软件产品。在这我要解决的问题是：如何干净利落地升级正在运行的服务端程序。

目标:

不关闭现有连接：例如我们不希望关掉已部署的运行中的程序。但又想不受限制地随时升级服务。
socket连接要随时响应用户请求：任何时刻socket的关闭可能使用户返回’连接被拒绝’的消息，而这是不可取的。
新的进程要能够启动并替换掉旧的。

原理

在基于Unix的操作系统中，signal(信号)是与长时间运行的进程交互的常用方法.

SIGTERM: 优雅地停止进程
SIGHUP: 重启/重新加载进程 (例如: nginx, sshd, apache)

如果收到SIGHUP信号，优雅地重启进程需要以下几个步骤:

服务器要拒绝新的连接请求，但要保持已有的连接。
启用新版本的进程
将socket“交给”新进程，新进程开始接受新连接请求
旧进程处理完毕后立即停止。

停止接受连接请求

服务器程序的共同点：持有一个死循环来接受连接请求:

for {
  conn, err := listener.Accept()
  // Handle connection
}

跳出这个循环的最简单方式是在socket监听器上设置一个超时，当调用listener.SetTimeout(time.Now())后，listener.Accept()会立即返回一个timeout err，你可以捕获并处理：

for {
  conn, err := listener.Accept()
  if err != nil {
    if nerr, ok := err.(net.Err); ok && nerr.Timeout() {
       fmt.Println(“Stop accepting connections”)
       return
    }
  }
}

注意这个操作与关闭listener有所不同。这样进程仍在监听服务器端口，但连接请求会被操作系统的网络栈排队，等待一个进程接受它们。

启动新进程

Go提供了一个原始类型ForkExec来产生新进程.你可以与这个新进程共享某些消息，例如文件描述符或环境参数。

execSpec := &syscall.ProcAttr{
  Env:   os.Environ(),
  Files: []uintptr{os.Stdin.Fd(), os.Stdout.Fd(), os.Stderr.Fd()},
}
fork, err := syscall.ForkExec(os.Args[0], os.Args, execSpec)
[…]

你会发现这个进程使用完全相同的参数os.Args启动了一个新进程。

发送socket到子进程并恢复它

正如你先前看到的，你可以将文件描述符传递到新进程，这需要一些UNIX魔法（一切都是文件），我们可以把socket发送到新进程中，这样新进程就能够使用它并接收及等待新的连接。

但fork-execed进程需要知道它必须从文件中得到socket而不是新建一个（有些兴许已经在使用了，因为我们还没断开已有的监听）。你可以按任何你希望的方法来，最常见的是通过环境变量或命令行标志。

listenerFile, err := listener.File()
if err != nil {
  log.Fatalln("Fail to get socket file descriptor:", err)
}
listenerFd := listenerFile.Fd()

// Set a flag for the new process start process
os.Setenv("_GRACEFUL_RESTART", "true")

execSpec := &syscall.ProcAttr{
  Env:   os.Environ(),
  Files: []uintptr{os.Stdin.Fd(), os.Stdout.Fd(), os.Stderr.Fd(), listenerFd},
}
// Fork exec the new version of your server
fork, err := syscall.ForkExec(os.Args[0], os.Args, execSpec)

然后在程序的开始处：

var listener *net.TCPListener
if os.Getenv("_GRACEFUL_RESTART") == "true" {
  // The second argument should be the filename of the file descriptor
  // however, a socker is not a named file but we should fit the interface
  // of the os.NewFile function.
  file := os.NewFile(3, "")
  listener, err := net.FileListener(file)
  if err != nil {
    // handle
  }
  var bool ok
  listener, ok = listener.(*net.TCPListener)
  if !ok {
    // handle
  }
} else {
  listener, err = newListenerWithPort(12345)
}

文件描述没有被随机的选择为3，这是因为uintptr的切片已经发送了fork，监听获取了索引3。留意隐式声明问题。

最后一步，等待旧服务连接停止

到此为止，就这样，我们已经将其传到另一个正在正确运行的进程，对于旧服务器的最后操作是等其连接关闭。由于标准库里提供了sync.WaitGroup结构体，用go实现这个功能很简单。

每次接收一个连接，在WaitGroup上加1,然后，我们在它完成时将计数器减一：

for {
  conn, err := listener.Accept()

  wg.Add(1)
  go func() {
    handle(conn)
    wg.Done()
  }()
}

至于等待连接的结束，你仅需要wg.Wait()，因为没有新的连接，我们等待wg.Done()已经被所有正在运行的handler调用。

Bonus: 不要无限制等待，给定限量的时间

timeout := time.NewTimer(time.Minute)
wait := make(chan struct{})
go func() {
  wg.Wait()
  wait <- struct{}{}
}()

select {
case <-timeout.C:
  return WaitTimeoutError
case <-wait:
  return nil
}

完整的示例

这篇文章中的代码片段都是从这个完整的示例中提取的：https://github.com/Scalingo/go-graceful-restart-example

结论

socket传递配合ForkExec使用确实是一种无干扰更新进程的有效方式，在最大时间上，新的连接会等待几毫秒——用于服务的启动和恢复socket，但这个时间很短。

这篇文章是我#周五技术系列的一部分，下这个周不会有新的更新了，大家圣诞节快乐。

链接:

示例: https://github.com/Scalingo/go-graceful-restart-example
Go变量的隐形声明: http://www.qureet.com/blog/golang-beartrap/
Bonus的问题:fork()Golang进程安全吗？ : https://groups.google.com/forum/#!msg/golang-nuts/beKfn7rujNg/zwY6zwl7QtQJ
我们的网站: https://appsdeck.eu

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