不继承父进程文件描述符的os.execute函数

Question

我有一个类似于这里描述的问题：Prevent fork() from copying sockets 基本上，在我的Lua脚本中，我正在生成另一个脚本，它：

• 不需要与我的脚本进行通信
• 在我的脚本完成后继续运行
• 是第三方程序，我无法控制其代码

问题在于，我的Lua脚本打开了一个TCP套接字以侦听特定端口，并且在退出后，尽管显式使用了server:close()，但子进程（或更具体地说是其子进程）仍然保持套接字并保持端口处于打开状态（处于LISTEN状态），从而防止我的脚本再次运行。

以下是演示问题的示例代码：

require('socket')

print('listening')
s = socket.bind("*", 9999)
s:settimeout(1)

while true do
    print('accepting connection')
    local c = s:accept()
    if c then
            c:settimeout(1)
            local rec = c:receive()
            print('received ' .. rec)
            c:close()
            if rec == "quit" then break end
            if rec == "exec" then 
                    print('running ping in background')
                    os.execute('sleep 10s &')
                    break
            end     
    end
end
print('closing server')
s:close()

如果我运行上面的脚本并且执行echo quit | nc localhost 9999，一切都很好 - 程序退出并且端口关闭。

但是如果我执行echo exec | nc localhost 9999，程序会退出，但是由生成的sleep阻塞了端口（通过netstat -lpn确认），直到它退出。

我该如何以最简单的方式解决这个问题，最好不要添加任何额外的依赖项。

- koniu

Answer 1

我发现了一个更简单的解决方案，利用了 os.execute(cmd) 在 shell 中运行 cmd 的事实，这个 shell 具有关闭文件描述符的能力，如下所示:

• http://linux.die.net/man/1/ash (章节重定向)

• http://www.gnu.org/software/bash/manual/bashref.html#Redirections

---

例如(在 ash 中测试):

    exec 3<&-                                      # closes fd3
    exec 3<&- 4<&-                                 # closes fd3 and fd4
    eval exec `seq 1 255 | sed -e 's/.*/&<\&-/'`   # closes all file descriptors 

在基于luasocket的示例中，只需要替换以下内容：

    os.execute('sleep 10s &')

使用：

    os.execute("eval exec `seq 1 255 | sed -e 's/.*/&<\\&-/'`; sleep 10s &")

这个命令会关闭所有文件描述符，包括我的服务器套接字，在执行实际命令（这里是sleep 10s）之前，这样它在我的脚本退出后不会占用端口。它还有一个额外的好处，就是处理stdout和stderr的重定向。

这比绕过Lua的限制要简洁得多，也不需要任何额外的依赖。感谢#uclibc，我从嵌入式Linux团队那里得到了一些关于最终shell语法的精彩帮助。

- koniu

---

干得好！有志者，事竟成 :-) 很高兴你回来更新了。 - Sdaz MacSkibbons

Answer 2

我不确定如果你想在整个程序的结尾保留s:close，是否能够这样做。如果你要break，你可以把它移动到os.execute之前，这样可能会成功（但在你的真实程序中可能不是这样）。需要澄清的是：实际问题在于，在这种情况下，唯一创建子进程的地方是使用os.execute()，而你无法控制sleep的子环境，其中所有内容都从主程序继承，包括套接字和文件描述符。

因此，在POSIX上执行此操作的规范方法是使用fork(); close(s); exec();，而不是使用system()（也称为os.execute），因为system()/os.execute将在执行期间保持当前进程状态，并且您无法在子进程中阻塞时关闭它。

因此，建议使用luaposix，并使用其posix.fork()和posix.exec()功能，在fork的子进程中调用s:close()。应该不会太麻烦，因为你已经依赖于luasocket这个外部包。

---

编辑：这里是使用luaposix的代码，有详细注释：

require('socket')
require('posix')

print('listening')
s = socket.bind("*", 9999)
s:settimeout(1)

while true do
    print('accepting connection')
    local c = s:accept()
    if c then
            c:settimeout(1)
            local rec = c:receive()
            print('received ' .. rec)
            c:close()
            if rec == "quit" then break end
            if rec == "exec" then
                    local pid = posix.fork()
                    if pid == 0 then
                        print('child: running ping in background')
                        s:close()
                        -- exec() replaces current process, doesn't return.
                        -- execp has PATH resolution
                        rc = posix.execp('sleep','60s');
                        -- exec has no PATH resolution, probably "more secure"
                        --rc = posix.exec('/usr/bin/sleep','60s');
                        print('exec failed with rc: ' .. rc);
                    else
                        -- if you want to catch the SIGCHLD:
                        --print('parent: waiting for ping to return')
                        --posix.wait( pid )
                        print('parent: exiting loop')
                    end
                    break;
            end
    end
end
print('closing server')
s:close()

在调用exec之前，子进程关闭了套接字，并且在父进程退出时，netstat -nlp输出显示系统正确地不再侦听9999端口。

P.S. 当exec失败时，print('exec failed with rc: ' .. rc);这一行会抱怨一个类型问题。我实际上不懂lua，所以你需要修复它。此外，fork()可能会失败，返回-1。为了完整性，你的主要代码也应该检查这个。

- Sdaz MacSkibbons

---

好的，尽管我暗自希望它不会涉及到 fork()，但这是进展。 luaposix 作为依赖项很好，因为它已经内置在目标平台的解释器中-OpenWrt。我们例子中 sleep 占用端口的问题已经解决了，但又出现了两个新问题：

• 如果在 fork 后删除 break 并向端口发送 exec，则 s:accept() 不再超时，而它应该是非阻塞的。
• 如果将 sleep 替换为 ping，则其输出将与脚本输出一起发送到相同的 pty，这是不希望看到的。 这些问题可能超出了原始问题的范围，但它们是相关的。

- koniu

抱歉，我的openid暂时出了点问题。我根据你的其他问题进一步尝试了代码，但我认为这已经超出了我的Lua知识范围。在execp()之前，我尝试过io.output('/dev/null')和io.stdout:close()，但都没有成功。以下是一些相关信息：stackoverflow和lua手册。关于wait()，我检查了luaposix的源代码，它没有实现WNOHANG，所以这可能会成为非阻塞的问题。如果没有其他人回复这个问题，你可以在这些问题上再发一个问题。 - Sdaz MacSkibbons

我在这里找到了一个解决stdout问题的方法：http://lua-users.org/wiki/HiddenFeatures。这将关闭标准文件：`local f=assert(io.open '/dev/null'); debug.setfenv(io.stdout, debug.getfenv(f)); f:close(); assert(io.stdout:close())`。 - koniu

现在我只需要弄清楚为什么在fork()/exec()之后，s:accept()的超时没有被尊重（使用strace检查），并且执行会一直阻塞直到客户端连接。这就是一个os.execute单行变成复杂函数的方式，因为我想要控制套接字。难道没有更简单的方法吗？ - koniu

我不知道有没有解决方法。在调用 os.execute(即system（）)时，它仍然会进行 fork/exec/wait 操作，但您失去了对子进程继承的环境的控制，因此您没有机会关闭文件/套接字描述符等。如果有一种绕过它的方法，那么应该是与 Lua 有关的。我不知道为什么它会忘记你的超时时间。如果 Lua 可以使用 select(带有所有参数)，则可以使用其超时值，并在您的 s 可读时（客户端连接）进行检查。另一个想法是，如果 setsockopt 在 socket 中，则有一个 O_NONBLOCK 选项。 - Sdaz MacSkibbons

Answer 3

POSIX的方法是使用fcntl (2)为您的文件描述符设置FD_CLOEXEC标志。当设置该标志时，所有子进程都不会继承带有该标志的文件描述符。

标准Lua没有fcntl功能，但可以通过lua posix模块添加它，正如在先前的答案中介绍的那样。以您的示例为例，您需要这样更改开始：

require('socket')
require('posix')
s = socket.bind("*", 9999)
posix.setfl(s, posix.FD_CLOEXEC)
s:settimeout(1)

请注意，我在luaposix源代码中没有找到FD_CLOEXEC常量，因此您可能需要手动添加它。

- zimbatm