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用PHP构建一个简易监视引擎

  摘要:在本文中,让我们共同探讨基于PHP语言构建一个基本的服务器端监视引擎的诸多技巧及注意事项,并给出完整的源码实现。
  一. 更改工作目录的问题
  当你编写一个监视程序时,让它设置自己的工作目录通常更好些。这样以来,如果你使用一个相对路径读写文件,那么,它会根据情况自动处理用户期望存放文件的位置。总是限制程序中使用的路径尽管是一种良好的实践;但是,却失去了应有的灵活性。因此,改变你的工作目录的最安全的方法是,既使用chdir()也使用chroot()。
  chroot()可用于PHP的CLI和CGI版本中,但是却要求程序以根权限运行。chroot()实际上把当前进程的路径从根目录改变到指定的目录。这使得当前进程只能执行存在于该目录下的文件。经常情况下,chroot()由服务器作为一个"安全设备"使用以确保恶意代码不会修改一个特定的目录之外的文件。请牢记,尽管chroot()能够阻止你访问你的新目录之外的任何文件,但是,任何当前打开的文件资源仍然能够被存取。例如,下列代码能够打开一个日志文件,调用chroot()并切换到一个数据目录;然后,仍然能够成功地登录并进而打开文件资源:
<?php$logfile = fopen("/var/log/chroot.log", "w");chroot("/Users/george");fputs($logfile, "Hello From Inside The Chroot\n");?>
  如果一个应用程序不能使用chroot(),那么你可以调用chdir()来设置工作目录。例如,当代码需要加载特定的代码(这些代码能够在系统的任何地方被定位时),这是很有用的。注意,chdir()没有提供安全机制来防止打开未授权的文件。
  二. 放弃特权
  当编写Unix守护程序时,一种经典的安全预防措施是让它们放弃所有不需要的特权;否则,拥有不需要的特权容易招致不必要的麻烦。在代码(或PHP本身)中含有漏洞的情况下,通过确保一个守护程序以最小权限用户身份运行,往往能够使损失减到最小。
  一种实现此目的的方法是,以非特权用户身份执行该守护程序。然而,如果程序需要在一开始就打开非特权用户无权打开的资源(例如日志文件,数据文件,套接字,等等)的话,这通常是不够的。
  如果你以根用户身份运行,那么你能够借助于posix_setuid()和posiz_setgid()函数来放弃你的特权。下面的示例把当前运行程序的特权改变为用户nobody所拥有的那些权限:
$pw=posix_getpwnam('nobody');posix_setuid($pw['uid']);posix_setgid($pw['gid']);
  就象chroot()一样,任何在放弃特权之前被打开的特权资源都会保持为打开,但是不能创建新的资源。
  三. 保证排它性
  你可能经常想实现:一个脚本在任何时刻仅运行一个实例。为了保护脚本,这是特别重要的,因为在后台运行容易导致偶然情况下调用多个实例。
  保证这种排它性的标准技术是,通过使用flock()来让脚本锁定一个特定的文件(经常是一个加锁文件,并且被排它式使用)。如果锁定失败,该脚本应该输出一个错误并退出。下面是一个示例:
$fp=fopen("/tmp/.lockfile","a");if(!$fp || !flock($fp, LOCK_EX | LOCK_NB)) { fputs(STDERR, "Failed to acquire lock\n"); exit; }/*成功锁定以安全地执行工作*/
  注意,有关锁机制的讨论涉及较多内容,在此不多加解释。
  四. 构建监视服务
  在这一节中,我们将使用PHP来编写一个基本的监视引擎。因为你不会事先知道怎样改变,所以你应该使它的实现既灵活又具可能性。该记录程序应该能够支持任意的服务检查(例如,HTTP和FTP服务)并且能够以任意方式(通过电子邮件,输出到一个日志文件,等等)记录事件。你当然想让它以一个守护程序方式运行;所以,你应该请求它输出其完整的当前状态。
  一个服务需要实现下列抽象类:
abstract class ServiceCheck { const FAILURE = 0; const SUCCESS = 1; protected $timeout = 30; protected $next_attempt; protected $current_status = ServiceCheck::SUCCESS; protected $previous_status = ServiceCheck::SUCCESS; protected $frequency = 30; protected $description; protected $consecutive_failures = 0; protected $status_time; protected $failure_time; protected $loggers = array(); abstract public function __construct($params); public function __call($name, $args) {  if(isset($this->$name)) {   return $this->$name;  } } public function set_next_attempt() {  $this->next_attempt = time() + $this->frequency; } public abstract function run(); public function post_run($status) {  if($status !== $this->current_status) {   $this->previous_status = $this->current_status;  }  if($status === self::FAILURE) {   if( $this->current_status === self::FAILURE ) {    $this->consecutive_failures++;   }   else {    $this->failure_time = time();   }  }  else {   $this->consecutive_failures = 0;  }  $this->status_time = time();  $this->current_status = $status;  $this->log_service_event(); }  public function log_current_status() {  foreach($this->loggers as $logger) {   $logger->log_current_status($this);  } } private function log_service_event() {  foreach($this->loggers as $logger) {   $logger->log_service_event($this);  } } public function register_logger(ServiceLogger $logger) {  $this->loggers[] = $logger; }}
  上面的__call()重载方法提供对一个ServiceCheck对象的参数的只读存取操作:
  ・ timeout-在引擎终止检查之前,这一检查能够挂起多长时间。
  ・ next_attempt-下次尝试连接到服务器的时间。
  ・ current_status-服务的当前状态:SUCCESS或FAILURE。
  ・ previous_status-当前状态之前的状态。
  ・ frequency-每隔多长时间检查一次服务。
  ・ description-服务描述。
  ・ consecutive_failures-自从上次成功以来,服务检查连续失败的次数。
  ・ status_time-服务被检查的最后时间。
  ・ failure_time-如果状态为FAILED,则它代表发生失败的时间。
  这个类还实现了观察者模式,允许ServiceLogger类型的对象注册自身,然后当调用log_current_status()或log_service_event()时调用它。
  这里实现的关键函数是run(),它负责定义应该怎样执行检查。如果检查成功,它应该返回SUCCESS;否则返回FAILURE。
  当定义在run()中的服务检查返回后,post_run()方法被调用。它负责设置对象的状态并实现记入日志。
  ServiceLogger接口:指定一个日志类仅需要实现两个方法:log_service_event()和log_current_status(),它们分别在当一个run()检查返回时和当实现一个普通状态请求时被调用。
  该接口如下所示:
interface ServiceLogger { public function log_service_event(ServiceCheck$service); public function log_current_status(ServiceCheck$service);}
  最后,你需要编写引擎本身。该想法类似于在前一节编写简单程序时使用的思想:服务器应该创建一个新的进程来处理每一次检查并使用一个SIGCHLD处理器来检测当检查完成时的返回值。可以同时检查的最大数目应该是可配置的,从而可以防止对系统资源的过渡使用。所有的服务和日志都将在一个XML文件中定义。
  下面是定义该引擎的ServiceCheckRunner类:
class ServiceCheckRunner { private $num_children; private $services = array(); private $children = array(); public function _ _construct($conf, $num_children) {  $loggers = array();  $this->num_children = $num_children;  $conf = simplexml_load_file($conf);  foreach($conf->loggers->logger as $logger) {   $class = new Reflection_Class("$logger->class");   if($class->isInstantiable()) {    $loggers["$logger->id"] = $class->newInstance();   }   else {    fputs(STDERR, "{$logger->class} cannot be instantiated.\n");    exit;   }  }  foreach($conf->services->service as $service) {   $class = new Reflection_Class("$service->class");   if($class->isInstantiable()) {    $item = $class->newInstance($service->params);    foreach($service->loggers->logger as $logger) {     $item->register_logger($loggers["$logger"]);    }    $this->services[] = $item;   }   else {    fputs(STDERR, "{$service->class} is not instantiable.\n");    exit;   }  } } private function next_attempt_sort($a, $b){  if($a->next_attempt() == $b->next_attempt()) {   return 0;  }  return ($a->next_attempt() < $b->next_attempt())? -1 : 1; } private function next(){  usort($this->services,array($this,'next_attempt_sort'));  return $this->services[0]; } public function loop(){  declare(ticks=1);  pcntl_signal(SIGCHLD, array($this, "sig_child"));  pcntl_signal(SIGUSR1, array($this, "sig_usr1"));  while(1) {   $now = time();   if(count($this->children)< $this->num_children) {    $service = $this->next();    if($now < $service->next_attempt()) {     sleep(1);     continue;    }    $service->set_next_attempt();    if($pid = pcntl_fork()) {     $this->children[$pid] = $service;    }     else {     pcntl_alarm($service->timeout());     exit($service->run());    }   }   }  } public function log_current_status(){  foreach($this->services as $service) {   $service->log_current_status();  } } private function sig_child($signal){  $status = ServiceCheck::FAILURE;  pcntl_signal(SIGCHLD, array($this, "sig_child"));  while(($pid = pcntl_wait($status, WNOHANG)) > 0){   $service = $this->children[$pid];   unset($this->children[$pid]);   if(pcntl_wifexited($status) && pcntl_wexitstatus($status) ==ServiceCheck::SUCCESS)    {    $status = ServiceCheck::SUCCESS;   }   $service->post_run($status);  } } private function sig_usr1($signal){  pcntl_signal(SIGUSR1, array($this, "sig_usr1"));  $this->log_current_status(); }}
  这是一个很复杂的类。其构造器读取并分析一个XML文件,创建所有的将被监视的服务,并创建记录它们的日志程序。
  loop()方法是该类中的主要方法。它设置请求的信号处理器并检查是否能够创建一个新的子进程。现在,如果下一个事件(以next_attempt时间CHUO排序)运行良好,那么一个新的进程将被创建。在这个新的子进程内,发出一个警告以防止测试持续时间超出它的时限,然后执行由run()定义的测试。
  还存在两个信号处理器:SIGCHLD处理器sig_child(),负责收集已终止的子进程并执行它们的服务的post_run()方法;SIGUSR1处理器sig_usr1(),简单地调用所有已注册的日志程序的log_current_status()方法,这可以用于得到整个系统的当前状态。
  当然,这个监视架构并不没有做任何实际的事情。但是首先,你需要检查一个服务。下列这个类检查是否你从一个HTTP服务器取回一个"200 Server OK"响应:
class HTTP_ServiceCheck extends ServiceCheck{ public $url; public function _ _construct($params){  foreach($params as $k => $v) {   $k = "$k";   $this->$k = "$v";  } } public function run(){  if(is_resource(@fopen($this->url, "r"))) {   return ServiceCheck::SUCCESS;  }  else {   return ServiceCheck::FAILURE;  } }}
  与你以前构建的框架相比,这个服务极其简单,在此恕不多描述。
  五. 示例ServiceLogger进程
  下面是一个示例ServiceLogger进程。当一个服务停用时,它负责把一个电子邮件发送给一个待命人员:
class EmailMe_ServiceLogger implements ServiceLogger { public function log_service_event(ServiceCheck$service) {  if($service->current_status ==ServiceCheck::FAILURE) {   $message = "Problem with{$service->description()}\r\n";   mail(<A href="mailto:'oncall@example.com'">'oncall@example.com'</A>, 'Service Event',$message);   if($service->consecutive_failures() > 5) {    mail(<A href="mailto:'oncall_backup@example.com'">'oncall_backup@example.com'</A>, 'Service Event', $message);   }  } } public function log_current_status(ServiceCheck$service){  return; }}
  如果连续失败五次,那么该进程还把一个消息发送到一个备份地址。注意,它并没有实现一个有意义的log_current_status()方法。
  无论何时象如下这样改变一个服务的状态,你都应该实现一个写向PHP错误日志的ServiceLogger进程:
class ErrorLog_ServiceLogger implements ServiceLogger { public function log_service_event(ServiceCheck$service) {  if($service->current_status() !==$service->previous_status()) {   if($service->current_status() ===ServiceCheck::FAILURE) {    $status = 'DOWN';   }   else {    $status = 'UP';   }   error_log("{$service->description()} changed status to $status");  } } public function log_current_status(ServiceCheck$service) {  error_log("{$service->description()}: $status"); }}
  该log_current_status()方法意味着,如果进程发送一个SIGUSR1信号,它将把其完整的当前状态复制到你的PHP错误日志中。     该引擎使用如下的一个配置文件:
<config> <loggers>  <logger>   <id>errorlog</id>   <class>ErrorLog_ServiceLogger</class>  </logger>  <logger>   <id>emailme</id>   <class>EmailMe_ServiceLogger</class>  </logger> </loggers> <services>  <service>   <class>HTTP_ServiceCheck</class>   <params>    <description>OmniTI HTTP Check</description>    <url><A href="http://www.omniti.com">http://www.omniti.com</A></url>    <timeout>30</timeout>    <frequency>900</frequency>   </params>   <loggers>    <logger>errorlog</logger>    <logger>emailme</logger>   </loggers>  </service> <service> <class>HTTP_ServiceCheck</class> <params>  <description>Home Page HTTP Check</description>  <url><A href="http://www.schlossnagle.org/~george">http://www.schlossnagle.org/~george</A></url>  <timeout>30</timeout>  <frequency>3600</frequency> </params> <loggers>  <logger>errorlog</logger> </loggers></service></services></config>
  当传递这个XML文件时,ServiceCheckRunner的构造器对于每一个指定的日志实例化一个日志记录程序。然后,它相应于每一个指定的服务实例化一个ServiceCheck对象。
  注意 该构造器使用Reflection_Class类来实现该服务和日志类的内在检查-在你试图实例化它们之前。尽管这是不必要的,但是它很好地演示了PHP 5中新的反射(Reflection)API的使用。除了这些类以外,反射API还提供一些类来实现对PHP中几乎任何内部实体(类,方法或函数)的内在检查。
  为了使用你构建的引擎,你仍然需要一些包装代码。监视程序应该会禁止你试图两次启动它-你不需要对每一个事件建立两份消息。当然,该监视程序还应该接收包括下列选项在内的一些选项:
选项 描述 [-f] 引擎的配置文件的一个位置,默认是monitor.xml。 [-n]  引擎允许的子进程池的大小,默认是5。 [-d]  一个停用该引擎的守护功能的标志。在你编写一个把信息输出到stdout或stderr的调试ServiceLogger进程时,这是很有用的。
  下面是最终的监视程序脚本,它分析选项,保证排它性并且运行服务检查:
require_once "Service.inc";require_once "Console/Getopt.php";$shortoptions = "n:f:d";$default_opts = array('n' => 5, 'f' =>'monitor.xml');$args = getOptions($default_opts, $shortoptions,null);$fp = fopen("/tmp/.lockfile", "a");if(!$fp || !flock($fp, LOCK_EX | LOCK_NB)) { fputs($stderr, "Failed to acquire lock\n"); exit;}if(!$args['d']) { if(pcntl_fork()) {  exit; } posix_setsid(); if(pcntl_fork()) {  exit; }}fwrite($fp, getmypid());fflush($fp);$engine = new ServiceCheckRunner($args['f'],$args['n']);$engine->loop();
  注意,这个示例使用了定制的getOptions()函数。
  在编写一个适当的配置文件后,你可以按如下方式启动该脚本:
  > ./monitor.php -f /etc/monitor.xml
  这可以保护并继续监视直到机器被关掉或该脚本被杀死。
  这个脚本相当复杂,但是仍然存在一些容易改进的地方,这些只好留给读者作为练习之用:
  ・ 添加一个重新分析配置文件的SIGHUP处理器以便你能够在不启动服务器的情况下改变配置。
  ・ 编写一个能够登录到一个数据库的ServiceLogger以用于存储查询数据。
  ・ 编写一个Web前端程序以为整个监视系统提供一种良好的GUI。