用 C# 來守護 Python 程序
背景
目前我主要負責的一個專案是一個 C/S 架構的客戶端開發，前端主要是通過 WPF 相關技術來實現，後端是通過 Python 來實現，前後端的資料通訊則是通過 MQ 的方式來進行處理。由於 Python 程序是需要依賴客戶端程序來執行，為了保證後端業務程序的穩定性，就需要通過一個 守護程序 來守護 Python 程序，防止其由於未知原因而出現程序退出的情況。這裡簡單記錄一下我的一種實現方式。
實現
對於我們的系統而言，我們的 Python 程序只允許存在一個，因此，對應的服務型別要採用單例模式，這一部分程式碼相對簡單，就直接貼出來了，示例程式碼如下所示：
public partial class PythonService { private static readonly object _locker = new object(); private static PythonService _instance; public static PythonService Current { get { if (_instance == null) { lock (_locker) { if (_instance == null) { _instance = new PythonService(); } } } return _instance; } } private PythonService() { } }
建立獨立程序
由於後端的 Python 程式碼執行需要安裝一些第三方的擴充套件庫，所以為了方便，我們採用的方式是總結將 python 安裝檔案及擴充套件包和他們的程式碼一併打包到我們的專案目錄中，然後建立一個 Python 程序，在該程序中通過設定環境變數的方式來為 Python 程序進行一些環境配置。示例程式碼如下所示：
public partial class PythonService { private string _workPath => Path.Combine(AppDomain.CurrentDomain.BaseDirectory, "scripts"); private string _pythonPath => Path.Combine(_workPath, "python27"); private bool isRunning = false; private int taskPID = -1; public void Start() { taskPID = CreateProcess(); isRunning = taskPID != -1; var msg = isRunning ? "服務啟動成功..." : "服務啟動失敗..."; Trace.WriteLine(msg); } public void Stop() { KillProcessAndChildren(taskPID); isRunning = false; taskPID = -1; } private int CreateProcess() { KillProcessAndChildren(taskPID); int pid = -1; var psi = new ProcessStartInfo(Path.Combine(_pythonPath, "python.exe")) { UseShellExecute = false, WorkingDirectory = _workPath, ErrorDialog = false }; psi.CreateNoWindow = true; var path = psi.EnvironmentVariables["PATH"]; if (path != null) { var array = path.Split(new[] { ';' }).Where(p => !p.ToLower().Contains("python")).ToList(); array.AddRange(new[] { _pythonPath, Path.Combine(_pythonPath, "Scripts"), _workPath }); psi.EnvironmentVariables["PATH"] = string.Join(";", array); } var ps = new Process { StartInfo = psi }; if (ps.Start()) { pid = ps.Id; } return pid; } private static void KillProcessAndChildren(int pid) { // Cannot close 'system idle process'. if (pid <= 0) { return; } ManagementObjectSearcher searcher = new ManagementObjectSearcher("Select * From Win32_Process Where ParentProcessID=" + pid); ManagementObjectCollection moc = searcher.Get(); foreach (ManagementObject mo in moc) { KillProcessAndChildren(Convert.ToInt32(mo["ProcessID"])); } try { Process proc = Process.GetProcessById(pid); proc.Kill(); } catch (ArgumentException) { // Process already exited. } catch (Win32Exception) { // Access denied } } }
這裡有一點需要注意一下，建議使用 PID 來標識我們的 Python 程序，因為如果你使用程序例項或其它方式來對當前執行的程序設定一個引用，當該程序出現一些未知退出，這個時候你通過哪個引用來進行相關操作是會出問題的。
建立守護程序
上面我們的通過記錄當前正在執行的程序的 PID 來標識我們的程序，那對應守護程序，我們就可以通過程序列表查詢的方式來進行建立，在輪詢的過程中，如果未找到對應 PID 的程序則表明該程序已經退出，需要重新建立該程序，否則就不執行任何操作，示例程式碼如下所示：
public partial class PythonService { private CancellationTokenSource cts; private void StartWatch(CancellationToken token) { Task.Factory.StartNew(() => { while (!token.IsCancellationRequested) { var has = Process.GetProcesses().Any(p => p.Id == taskPID); Trace.WriteLine($"MQ狀態：{DateTime.Now}-{has}"); if (!has) { taskPID = CreateProcess(_reqhost, _subhost, _debug); isRunning = taskPID > 0; var msg = isRunning ? "MQ重啟成功" : "MQ重啟失敗，等待下次重啟"; Trace.WriteLine($"MQ狀態：{DateTime.Now}-{msg}"); } Thread.Sleep(2000); } }, token); } }
這裡我使用的是
Thread.Sleep(2000)方式來繼續執行緒等待，你也可以使用await Task.Delay(2000,token)，但是使用這種方式在傳送取消請求時會產生一個TaskCanceledException的異常。所以為了不產生不必要的異常資訊，我採用第一種解決方案。
接著，完善我們的 Start 和 Stop 方法，示例程式碼如下所示：
public void Start()
{
taskPID = CreateProcess();
isRunning = taskPID != -1;
if (isRunning)
{
cts = new CancellationTokenSource();
StartWatch(cts.Token);
}
var msg = isRunning ? "服務啟動成功..." : "服務啟動失敗...";
Trace.WriteLine(msg);
}
public void Stop()
{
cts?.Cancel(false);
cts?.Dispose();
KillProcessAndChildren(taskPID);
taskPID = -1;
isRunning = false;
}最後，上層呼叫就相對簡單一下，直接呼叫 Start 方法和 Stop 方法即可。
總結
在我們的實際專案程式碼中，PythonService 的程式碼要比上面的程式碼稍微複雜一些，我們內部還添加了一個 MQ 的 訊息佇列。所以為了演示方便，我這裡只列出了和本文相關的核心程式碼，在具體的使用過程中，可以依據本文提供的一種實現方法來進行加工處理。
相關參考
- Kill a one-file Python process in C#
- 用c#實現通用守護程序